Angew：一种新型低应变磷酸盐阴极材料用于设计钾离子电池
大多数钾离子电池(PIB)正极材料由于钾离子半径大而结构稳定性不足，导致循环性能较差。
南京师范大学周小四教授课题组展示了一种新型低应变磷酸盐基PIB阴极材料K3(VO)(HV2O3)(PO4)2(HPO4)(KVP)纳米尺的可控的溶剂热制造方法。基于KVP纳米尺的全电池展现出高能量密度和优异的的循环稳定性。相关工作以“A Novel Low-Strain Phosphate Cathode for High-Rateand Ultralong Cycle-Life Potassium Ion Batteries”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。
图1. KVP纳米尺的(a)XRD图上的Rietveld细化，(b，c)SEM图像，(d)TEM图像，(e，f)HRTEM图像和原子模型，(g)STEM图像，以及(h-k)相应的元素分布。
要点1. 合成的KVP纳米尺阴极在20 mA g-1下可表现出80.6 mAh g-1的初始可逆容量，表现出高平均工作电压(4.11 V)、非凡的循环性能(2500次循环后容量保持率为92.1%)以及出色的倍率性能(在5 A g-1下为54.4 mAh g-1)。储钾能力源于低应变的K+吸收/去除机制、固有的半导体特性和小的K+迁移能垒。
要点2. KVP纳米尺//聚苯胺插层钛酸盐的全电池显示出大的能量密度（~236 Wh kg-1）和长期循环稳定性，600次循环后容量保持率为81.9%。
要点3. 原位X射线衍射(XRD)技术揭示了KVP纳米尺在重复K+脱/嵌入过程中优异的结构稳定性，表明KVP具有轻微的细胞体积变化(2.7%)。电化学测试和密度泛函理论(DFT)计算证实了快速钾离子传输动力学。这种高压低应变磷酸盐材料未来将引起更多关注和研究。
图2. KVP纳米尺的(a)CV和(b)阴极的充电/放电曲线。(c)KVP纳米尺的与先前报道的PIB阴极材料的工作电压的比较。(d)KVP纳米尺、KVP宽纳米尺和KVP微棒的容量。(e)在恒定充电电流密度(0.02 A g-1)和变化的放电电流密度(0.02-5 A g-1)下，KVP纳米尺的恒电流充放电曲线。(f)KVP纳米尺、KVP宽纳米尺和KVP微棒的循环特性。(g)KVP纳米尺的超长循环特性。