钠离子电池（SIB）是锂离子电池（LIB）的一种极具前景的低成本替代方案，但其能量密度仍受限。硬碳（HC）的容量仅为中等水平，而高容量锂离子电池负极材料（尤其是硅（Si））在钠离子电池中效果不佳，这是由于富钠合金形成的热力学条件不利所致。本文，韩国釜庆大学Kyeong‑Ho Kim、首尔大学Seong‑Hyeon Hong等在《Advanced Science》期刊发表名为“MgP4/CNT-Graphene Embedded in Hard Carbon Matrix as a High-Capacity Anode for Next-Generation Sodium-Ion Batteries”报道了一种可扩展的四磷化镁（MgP4）机械化学合成方法，并证明通过混合碳基体工程可制备出耐久且高容量的负极。
一种两步法多壁碳纳米管（MWCNT，T）/石墨烯（G）组装体系（记为T2G1，T:G质量比为2:1），其中先引入碳纳米管再引入石墨烯，从而构建出连续的导电且机械性能优异的网络。相比之下，反转组装顺序（G2T1）会导致导电路径碎片化，且结构稳定性较差。多尺度分析（包括横截面电阻映射和结构表征）表明，优化后的基体可促进均匀的电荷传输，并抑制循环过程中的结构退化。因此，MgP₄/T2G1负极展现出稳定的高倍率性能，在1000 mA g⁻¹下经500次循环后仍保持468.5 mAh g⁻¹的容量（保持率达85.3%）。此外，将30 wt.% MgP4/T2G1掺入商用HC中，可制备出一种实用的复合材料，在1000 mA g−1下经2000次循环后，其可逆容量为146.5 mAh g−1，相当于原始HC电极容量的约2.6倍。
图1、Synthesis process of MgP4/T2G1@HC composites.
综上所述，本文提出了一种富磷的碱土金属磷化物——MgP4，作为硫离子电池（SIBs）的高容量负极材料，其应用范围超越了传统的过渡金属磷化物。MgP4颗粒通过一种简便且可扩展的HEMM工艺，在常温常压条件下于2小时内成功合成。在钠离子和锂离子系统中的测试表明，MgP4展现出了优异的储电能力。原位XRD和XANES分析表明，初始钠化过程通过转化反应进行，随后发生涉及P组分的可逆合金化/脱合金化反应。为了提升电化学性能，我们采用了基于碳的复合策略，并证明碳基质的构型和组装顺序都起着重要作用。经优化的混合T2G1基体形成了连续的渗流网络和机械韧性强的骨架，这一点通过截面SSRM和拉曼成像以及原位SEM得到了证实。这种合理的基体工程设计使MgP4/T2G1在硫化物离子电池（SIBs）中实现了稳定的高倍率循环，在1000 mA g−1下经500次循环后，容量保持率为83.5%，比容量达468.5 mAh g−1。为验证其实际应用性，通过简单的球磨工艺，将30 wt.%的MgP4/T2G1进一步整合到商用HC宿主材料中。所得的 MgP4/T2G1@HC 复合材料在 1000 mA g−1 电流密度下经 2000 次循环后仍表现出长期循环稳定性，保持了 146.5 mAh g−1 的容量，这相当于 HC 容量的约 2.6 倍。类似于锂离子电池（LIB）中的石墨/Si复合策略，MgP4/T2G1@HC为将高容量合金化学体系转化为实用、高能的硫离子电池（SIB）负极提供了一条可扩展的途径。
文献：https://doi.org/10.1002/advs.76701
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
