由于在循環(huán)性能、離子電導率和工作電壓方面的獨特優(yōu)勢，聚陰離子化合物是一種用于鉀離子電池（KIBs）的可行電極材料。同時，K⁺的尺寸對聚陰離子材料提出了很高的要求，它必須能承受K⁺嵌入/脫出過程中的嚴重結構變形。為了保持穩(wěn)定的電化學性能，遵循適當?shù)碾姌O材料設計指南至關重要。

在此，東北師范大學吳興隆教授、Yinglin Wang等人綜述了用于KIBs的聚陰離子化合物的當前進展與挑戰(zhàn)。作者以中心金屬為基礎對眾多聚陰離子材料進行了分類并強調了其結構特征和設計，比容量、倍率容量和循環(huán)穩(wěn)定性等電化學參數(shù)主要受晶體結構和電導率的影響。因此，構建促進K⁺快速擴散的結構至關重要，如無定形、層狀及開放框架結構等。

為了提高電子導電性和電化學活性面積，通常采用碳涂層和納米結構設計的結合，這也是提高電化學性能最廣泛使用和技術成熟的方法。由于結晶水不利于有機電解液中聚陰離子材料的充放電，因此在整個制備過程中應盡可能消除結晶水。最重要的是，通過在原始結構中嵌入一些特定的原子或基團，這些材料可以被賦予新的特性，如可控的開放結構、高孔隙率、可調孔徑、更大的導電性及可調電壓窗口等。

圖1. 用于KIB的聚陰離子化合物的整體回顧

總之，用于KIBs的聚陰離子材料的研究仍處于起步階段，作者提出了未來聚陰離子材料潛在發(fā)展方向的看法：

（1）成本是KIBs工業(yè)化的一個關鍵問題，Co、Ni、Ti等稀有金屬的比例應適當降低；

（2）目前，在KIB應用中未觀察到如硅酸鹽、硼酸鹽和碳酸鹽等聚陰離子化合物；

（3）鈦基聚陰離子化合物的低氧化還原電位使其適用于KIB負極；

（4）聚陰離子材料與碳材料的結合可顯著提高電化學性能；

（5）基于聚陰離子材料的K⁺混合電容器的開發(fā)是一個值得研究的領域；

（6）納米結構設計可用于改善擴散動力學；

（7）在未來的發(fā)展中，有必要根據(jù)每種材料的內在優(yōu)勢，通過結構優(yōu)化打造可產業(yè)化的電極材料；

（8）開發(fā)適用于聚陰離子化合物的高壓電解液仍然是主要優(yōu)先事項。

圖2. 鈦基聚陰離子材料（KTi₂ (PO₄) ₃）在充放電過程中的結構轉變和機理

Advanced polyanionic electrode materials for potassium-ion batteries: Progresses, challenges and application prospects, Materials Today 2022. DOI: 10.1016/j.mattod.2022.02.013