普魯士白因具有成本低、理論能量密度高等特點(diǎn)而成為頗具應(yīng)用潛能的鈉離子電池正極材料。近日，某研究團(tuán)隊(duì)提出在室溫下利用硼化鈷包覆菱形相普魯士白正極材料的新策略用于提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

菱形相普魯士白晶格結(jié)晶水少、鈉含量高，具有較高電壓和容量，是鈉離子電池正極材料的極佳選擇。然而，富含錳元素的普魯士白在充放電過程易引發(fā)姜泰勒效應(yīng)，導(dǎo)致材料顆粒腐蝕溶解、粒間裂紋產(chǎn)生、界面阻抗持續(xù)增加、體相結(jié)構(gòu)嚴(yán)重退化等，故在其表面引入合適的包覆層是解決這一問題的主要思路。常規(guī)的碳包覆、金屬氧化物包覆等策略通常需要高溫?zé)Y(jié)，這將破壞普魯士白的結(jié)構(gòu)。因此，開發(fā)出可在室溫下實(shí)現(xiàn)包覆的策略尤為重要。

硼化鈷作為“金屬玻璃”，能夠?qū)崿F(xiàn)對普魯士白的全包覆，且具有良好的機(jī)械韌性，可以有效抑制其和電解液之間的副反應(yīng)，減輕錳元素的溶解，對普魯士白顆粒的各向異性體積變化具有約束和緩沖作用，從而緩解粒間微裂紋的產(chǎn)生。此外，硼化鈷具有混合電子和離子的雙導(dǎo)性，可增強(qiáng)普魯士白的動(dòng)力學(xué)性能。研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用化學(xué)濕涂層法，將硼化鈷包覆在普魯士白表面。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，硼化鈷包覆的普魯士白正極在10C下可獲得132mAhg^-1的可逆容量，而相同條件下未包覆的普魯士白可逆容量只有110mAhg^-1。包覆的普魯士白在5C下循環(huán)1000周，容量保持率為80%，而未包覆的樣品僅能獲得41%的容量保持率。基于正負(fù)極活性物質(zhì)總質(zhì)量計(jì)算，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行包覆的普魯士白的全電池能量密度約310Whkg^-1，已接近相同條件下磷酸鐵鋰的330Whkg^-1。此外，經(jīng)實(shí)驗(yàn)計(jì)算，負(fù)極為硬碳的硼化鈷包覆普魯士白全電池能量成本及循環(huán)壽命成本均較低。