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大連化物所鈉離子電池聚陰離子型正極材料新進展

時間:2019-06-27     來源:科學網


 
   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,研究成果發表于《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制備成本、實現材料規模化制備,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、碳復合制備、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,有利于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-球磨制備方法,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。
 
  相關鏈接DOI:10.1039/C8TA08842J

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