庞欢/于超AFM综述: 用于先进可充电电池的镍基材料

电化学储能（EES）设备的快速发展需要多功能材料。镍 (Ni) 基材料由于其独特的性能特点、低成本、丰富性和环境友好性，被认为是EES器件的有前途的候选材料。

在此，扬州大学庞欢教授、江苏科技大学于超教授等人讨论了自2018年以来可充电电池用镍基材料的最新进展，包括锂/钠/钾离子电池（LIBs/SIBs/PIBs）、锂硫电池（LSBs）、镍基水系电池和金属空气电池 (MAB)。

不同的Ni基材料，主要涉及金属Ni、合金、Ni基氧化物、硫化物、磷化物、硒化物、氢氧化物、LiNi_xM_yM’_zO₂、NaNi_xM_yM’_zO₂等，根据电池的特定作用被讨论用作负极、正极、正极主体、隔膜改性剂和催化剂。

一般来说，具有不同功能的镍基材料可用于不同的电池应用。此外，还给出了上述可充电电池的简要比较和不同应用对应的镍基材料的报道。接下来，作者详细讨论了材料、缺点和相应策略之间的关系，总结了成分、结构和电化学性能之间的联系。

图2. 用于先进可充电电池的镍基材料总结

最后，作者简要讨论了可充电电池镍基材料的挑战和前景：

1) 应通过DFT计算和多功能原位表征技术探索各种镍基正极材料的体积变化、相变和机械降解；

2）应使用并进一步研究结构设计、元素掺杂、表面改性和创新方法以开发具有理想电化学性能的新型镍基正负极材料；

3) 将具有限制效应的NiX和具有电催化作用的金属Ni相结合，这对于设计有效的LSB正极主体和隔膜至关重要；

4) 对于镍基催化剂，需要研究理化参数（尺寸、组成、结构、相等）对镍基电催化活性的影响；

5）日常生活中方便实用的基于镍基材料的设备（柔性电池、电动汽车和微型医疗设备）需求量很大。

图2. LiNi_xM_yM’_zO₂正极电流密度、循环次数与比容量/容量保持率的关系

Nickel-Based Materials for Advanced Rechargeable Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202107928

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