上海大学AEM：绿色合成过渡金属磷化物，93%的超高初始库仑效率和-40℃的低温钠离子电池性能-Yufeng Zhao

钠离子电池（SIBs）因其可观的能量密度和成本效益，被视为锂离子电池的补充性替代方案。此外，较大的Na+尺寸赋予其优异的低温脱溶剂化能力，即使在零下数十摄氏度的环境中仍能保持良好电化学性能。然而，低温钠离子电池的实际应用仍面临电化学反应动力学迟缓和低温下钠枝晶生长加剧等挑战，尤其在负极侧表现显著。目前，硬碳是钠离子电池中研究最广泛的负极材料，也是商业负极材料的首选。但硬碳负极充放电电位平台低（<0.1 V vs. Na+/Na），以及其基于钠团簇孔内沉积的储钠方式，会大幅增加钠离子电池的安全隐患；同时硬碳平台区缓慢的Na+传输动力学显著限制了其倍率性能。更重要的是，现有硬碳材料的振实密度通常极低（≤0.9克·厘米?3），导致体积容量严重不足，这成为其大规模应用的主要瓶颈。基于转化或合金反应的负极材料（如过渡金属磷化物）可有效突破硬碳体积能量密度的限制，降低安全隐患，但仍需要解决初始库仑效率（ICE）低、循环稳定性不足及低温性能差等问题。

文章简介

基于此，上海大学赵玉峰/张久俊团队通过绿色合成方法制备了氮掺杂碳量子点修饰的Cu3P纳米颗粒，锚定于碳纤维（CF@Cu3P-CQDs）作为钠离子电池（SIBs）负极材料，实现了高能量和低温应用。该结构使电极/电解液之间接触良好，促进了均匀致密的固体电解质界面膜的形成，从而实现了93%的高初始库仑效率和1343 mAh·cm-3的体积容量。弛豫时间分布分析表明，CF@Cu3P-CQDs在电解液-固态电解质界面-电极材料界面之间具有快速的Na+传输能力和Na+扩散能力，这是其高倍率性能（0.1-50 C时容量为369-101 mAh·g-1）和低温性能（-20/-40℃下0.1C时容量为368/350 mAh·g-1）的主要原因。此外，CF@Cu3P-CQDs直接与三种正极材料（P2型Na0.78Ni0.31Mn0.67Nb0.02O2、碳包覆的Na3V2(PO4)3和低成本的Na4Fe3(PO4)2P2O7）组装成全电池且无需预钠化处理。该工作为深入理解TMPs在充/放电过程中电子/离子传输动力学提供了基础，为TMPs的实际应用奠定了基础。该成果以“Green Synthesis of Cu3P to Achieve Low-Temperature and High Initial Coulombic Efficiency Sodium Ion Storage”为题发表在“Advanced Energy Materials”期刊。