无序工程提升NaFePO4储钠性能的原子尺度结构起源

　　钠离子电池的众多候选正极材料中，NaFePO₄因拥有高理论容量(155 mAhg^-1)、低成本、高结构稳定性等优势，吸引了众多科研人员和技术人员的关注。然而，热力学稳定的NaFePO₄相具有磷铁钠矿结构，理论和实验证明该相作钠离子电池正极时是电化学惰性的。如何利用热力学稳定的磷铁钠矿NaFePO₄是本领域亟待突破的重要科学和技术问题。武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室的一个研究组通过无序化提升了NaFePO₄的电化学活性，并揭示了无序工程提升储钠性能的原子尺度结构起源，相关研究成果发表在《Nano Energy》上。 

　　该研究组通过高能球磨，制备了具有不同非晶相含量的系列NaFePO₄复合材料，证明了非晶相含量与储钠容量之间成正比关系；优化后的NaFePO₄复合材料表现出优异的循环稳定性，在1 C倍率下容量约115 mAhg^-1, 循环800次后容量保持率为91.3%；这可以归因于非晶相与晶相的协同效应，即活性的非晶相有利于实现高的储钠容量，而非活性的晶相能够增强结构稳定性。此外，他们还研究了非晶相与晶相NaFePO₄在原子尺度的结构差异，提出了无序工程提升NaFePO₄储钠性能的原子尺度结构起源。 

　　北京同步辐射装置1W1B-XAFS实验站测试获得的XANES光谱：(a) Na K边和(b) O K边。数据表明，无序化的NaFePO₄ (NFP-15)中，Na配位环境与晶态磷铁钠矿相NaFePO₄相似，而O的配位数减少。 

　　同步辐射光源帮助该研究组分析不同晶相以及非晶相中钠和氧的局部配位环境，为合理确定无序工程提升NaFePO4储钠性能的原子尺度结构起源提供了重要支持。结合同步辐射、拉曼散射等技术方法，该研究组提出了非晶态NaFePO₄的原子尺度结构模型，并认为非晶化过程中共边的[FeO₆]八面体向共顶或共边[FeOn]多面体的转变是非晶态NaFePO₄获得高储钠性能的关键。 

　　发表文章： 

　　Fangyu Xiong, Qinyou An, Lixue Xia, Yan Zhao, Liqiang Mai, Haizheng Tao*, Yuanzheng Yue*; Revealing the atomistic origin of the disorder-enhanced Na-storage performance in NaFePO₄ battery cathode, Nano Energy, 2019, 57, 608-615.