大連化物所鈉離子電池聚陰離子型正極材料新進展—新聞—科學網

2020-12-03 科學網
大連化物所鈉離子電池聚陰離子型正極材料新進展
中科院大連化物所鈉離子電池聚陰離子型正極材料研究取得新進展

 

 

中科院大連化物所鈉離子電池聚陰離子型正極材料研究取得新進展

 

 

近日，大連化物所儲能技術研究部李先鋒研究員、張華民研究員、鄭瓊副研究員帶領的研究團隊，在鈉離子電池聚陰離子型正極材料研究方面取得新進展，研究成果發表於《美國化學會能源快報》上。

 

鈉離子電池具有資源豐富、低成本、高性價比等優點，在電動自行車、低速電動車、分布式儲能、大規模儲能領域具有很好的應用前景。鈉離子電池與鋰離子電池工作原理相似，正極材料決定鈉離子電池能量密度。聚陰離子型化合物具有較高電壓、較高理論比容量、結構穩定等優點，成為鈉離子電池正極材料的優選之一。為提高其倍率性能、優化全電池性能，以及進一步降低材料製備成本、實現材料規模化製備，是急需攻破的難題。研究人員在鈉離子電池聚陰離子型正極材料的結構基元調控、鈉脫嵌機制、碳複合製備、全電池及軟包電池構建等方面展開了系列研究，實現了高性能三氟磷酸釩鈉、氟磷酸釩鈉、磷酸釩鈉等釩基聚陰離子型化合物的高效合成及應用。

 

三氟磷酸釩鈉具有由[V2O8F3]雙八面體與[PO4]四面體間隔性的聯結形成的三維網狀結構，有利於Na+的快速嵌入和脫出。其理論能量密度為500Wh/kg，與LiFePO4在鋰離子電池中的能量密度相當（550Wh/kg），近年來備受關注。

 

研究團隊提出了一種低溫溶劑熱-球磨製備方法，實現了高電導性碳包覆氟磷酸釩鈉（Na3V2(PO4)2F3）的綠色經濟合成。研究發現低溫溶劑熱過程中溶劑種類和pH值對Na3V2(PO4)2F3形貌和產物純度起到關鍵作用。在乙醇和水共混溶劑的酸性環境中，晶體具有很高的表面能，可以獲得高純度且高產率的Na3V2(PO4)2F3。有效提高了其離子擴散和電子傳導能力。由Na3V2(PO4)2F3組裝的鈉離子電池在0.5C的電流下具有138mAh/g的高比容量，在40C的大電流下其容量仍能維持122mAh/g。該低溫溶劑熱-球磨方法將為低成本、高性能鈉離子電池技術的實用化提供一種新的策略。

 

相關連結DOI:10.1039/C8TA08842J

 

 

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