Angew. Chem.：低成本电化学储能聚阴离子化合物正极材料学术资讯

来源：X一MOL资讯

原标题：中科院深圳先进院唐永炳团队Angew. Chem.：低成本电化学储能聚阴离子化合物正极材料

锂离子电池由于能量密度高、使用寿命长、无记忆效应等优点广泛应用于便携式电子设备和电动乘用工具。然而，随着大规模储能领域诸如风能、太阳能等清洁能源的广泛应用，因锂、钴等资源储量有限且分布不均的特点使得锂离子电池难以满足日益增长的大规模储能需求。

基于低成本高性能的发展思路，近年来研究者们陆续报道了多种新型储能体系，如以Na、K、Mg、Ca、Zn，Al为载荷离子的二次电池。这些体系与锂离子电池的“摇椅式”工作机理类似，然而其相关电化学性能及应用前景，仍有待进一步研究和探索。

锂离子电池的发展历史告诉我们，电池的成本主要取决于载荷离子和电极材料中提供变价的过渡金属元素，二次电池的性能则受限于相应正极材料的性能。近年来，唐永炳研究员及其团队成员兰元其、姚文娇、宋天一、季必发等人围绕新型储能器件及关键材料开展了系列研究工作，在正极材料领域率先开展了草酸盐体系（Nat. Commun., 2019, 10, 3483）、混合聚阴离子体系（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 740；Nat. Commun., 2020, In press）新型正极材料的开发及其电化学反应机理的研究工作。

基于团队的前期研究工作，本综述分别从载荷离子、变价过渡金属、正极材料三个方面进行了系统分析，并全面评述了高效低成本混合聚阴离子正极材料的最新进展和发展策略。

研究团队首先讨论了多种金属离子作为二次电池载荷离子的优缺点。载荷离子作为电池最关键的影响因素，其本征物理、化学特性影响着电池的整体性能。综述从资源、成本、离子半径、价电子势、荷质比及标准电势六大方面，分析了各离子的特征及其作为载荷离子的优缺点（图1）。

其次，作为二次电池的短板，相关正极材料的性能决定了电池的电化学性能；尤其是提供电荷补偿的过渡金属离子对电池的容量、工作电压、能量密度等有着重要的影响。综述从过渡金属的资源、成本、电势、可转移电子数、环境友好程度及已知化合物种类六方面，分析、比较了常见过渡金属作为二次电池正极材料氧化还原对的优缺点（图2）。

最后，鉴于目前混合聚阴离子型正极材料研究较少的现状，阐述了聚阴离子作为正极材料结构框架的稳定性优势，总结了无机晶体结构数据库中已有的混合聚阴离子化合物种类，指出了多种体系仍未被研究，阐明了在相关体系发现新化合物的可能性以及新型正极材料的潜在优势（表1）。

图1. 多种载荷离子特性对比

图2. 提供变价机制的过渡金属特性对比

表1. 无机晶体结构数据库（ICSD-2018.2）中二聚型混合聚阴离子化合物统计
该综述对发展高效低成本环保电池正极材料具有重要指导意义。

原文：Mixed polyanionic compounds as positive electrodes in low-cost energy storageYuanqi Lan, Wenjiao Yao, Xiaolong He, Tianyi Song, Yongbing TangAngew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.201915666

导师介绍
唐永炳，中国科学院深圳先进技术研究院研究员，博士生导师，功能薄膜材料研究中心主任，国家优秀青年基金获得者，广东省工程中心、深圳市工程实验室主任、深圳市地方领军人才。主要从事新型储能材料及器件、功能薄膜材料的研发与应用研究。近年来，唐永炳研究员团队在能源材料化学领域，尤其是新型电池、柔性电池、新型正极材料等方向，开展了一系列研究工作：（1）在新型电池领域，团队研发出一种高效低成本铝-石墨双离子电池，进一步将这种设计思路拓展到了不依赖于有限锂资源的钠基、钾基双离子电池，以及具有良好室温可逆性能的新型钙离子电池；（2）团队采用多离子杂化策略，通过引入少量具有高动力学性能的离子，有效提升了钠离子、钾、钙离子等电池体系的倍率性能，为改善钠、钾、钙等新型电池体系的动力学性能提供了新的解决思路；（3）在柔性电池方向，通过活性材料、隔膜、集流体的一体化结构设计，显著降低了活性材料与集流体的界面阻抗，大幅提升了电池的超快充放能力，同时获得优异的柔性和抗弯折能力，在柔性可穿戴领域具有良好的应用前景；（4）为了发展高效低成本且环保的新型正极材料，团队率先开展了草酸盐体系、混合聚阴离子体系等新型正极材料的开发及其电化学反应机理的研究工作。

已发表学术论文140余篇，部分工作发表于Nat. Chem.， Nat. Comm.，Adv. Mater.，Angew. Chem.，Adv. Energy Mater.，ACS Nano，Adv. Funct. Mater.，Energy Storage Mater.，Nano Lett.等材料及能源领域学术期刊。申请专利390余项，发明专利260项，PCT国际专利46项，美国欧盟日韩专利13项，授权专利101项。其中23项发明专利已实现转移转化，研发的“柔性超快充放电池”被第十九届高交会专家委员会从1000个推荐产品中评为“十大人气产品奖”和“优秀产品奖”。

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