EES综述：钾离子电池的研究进展及展望
Nanoyu
2021-02-20
钾离子电池（PIBs）以其原料丰富、高能量密度、电解液中快速的离子传输、成本低等优点成为替代锂离子电池（LIBs）的首选。然而，PIBs的发展仍然面临一些挑战，如低可逆容量低和较差的倍率性能和循环稳定性等。目前PIBs正极材料的研究主要集中在开发具有高能量密度和循环稳定性的材料上，包括层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、有机化合物等。同时正在开发基于插层反应，转化反应以及与钾合金化的负极，并取得了一定研究进展。
近日，中国地质大学（北京）房明浩教授，北京航空航天大学王伟教授，英国剑桥大学Kai Xi全面综述了PIBs正极和负极材料，电解质和溶剂的设计和开发以及合成方法和全电池制造的研究进展。
文章要点
1）作者首先概述了PIBs正极材料的研究现状，包括普鲁士蓝及其含钾类似物、层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、有机正极材料以及其他可提高其比容量的材料。接着详细总结了近年来负极材料的研究策略和进展，重点介绍了插层材料、转化材料和合金化材料的材料特性（即组成、结构、形貌）与其电化学性能（如容量、循环稳定性和倍率性能）之间的关系。进一步总结了电极材料的常用合成方法，为其进一步的商业化应用形成铺垫。
2）作者简要概括了近期PIB全电池的研究进展，包括电极材料、电解质、溶剂和隔膜的全电池设计，以及固体电解质界面层（SEI）的形成。进一步提出了PIBs实用化全电池制造的解决方案，包括电解质优化、隔膜、电极制备和高安全的结构设计等方面的潜在途径，从而为下一代PIBs的未来发展提供指导，并促进其在不久的将来从实验研究走向实际应用。
参考文献
Xin Min, et al, Potassium-ion batteries: outlook on the present and future technologies, Energy Environ. Sci.,2021
DOI: 10.1039/D0EE02917C
https://doi.org/10.1039/D0EE02917C