过程工程所开发新型钠离子电池聚阴离子型磷酸盐正极材料

标题:工艺工程开发的新型钠离子电池聚阴离子磷酸盐正极材料

钠离子电池因其原材料丰富、价格低廉、与锂离子电池技术兼容性高，已成为下一代大规模储能系统最具潜力的电池技术之一。近日，【/s2/】工艺工程研究院绿色化学研究部研究员赵俊梅团队与四川大学磷基功能材料与新能源实验室、中国科学院物理研究所清洁能源团队【/s2/】合作，在钠离子电池聚阴离子磷酸盐正极的成分设计和性能优化方面取得重要进展，成功研制出一种对钠离子无影响、循环长期稳定、能量密度高、原材料成本低的新型钠-低钒磷酸盐正极材料。相关研究成果最近发表在ACS能源杂志【/S2/

随着智能手机、电动汽车、电动工具等电子产品的普及，铅酸电池、锂离子电池、钠离子电池等二次电池技术受到广泛关注。受锂资源储量和地理分布的限制，锂基化学品价格大幅上涨，已不能满足人们日益增长的储能需求。近年来，钠离子电池因其资源成本低、安全环保等突出优势，在大规模储能领域具有广阔的应用前景。

工程院研究员赵俊梅团队长期致力于聚阴离子磷酸盐化合物的研究，获得多项专利。部分磷酸盐产品已实现公斤级放大，集成商用级26650圆柱电池已证明其高功率、长循环特性。为了进一步降低成本，团队率先开发了三元磷酸盐阳极:na4fe 0.5m n 0.5(PO4)3(adv . energy mater . 2021，2100729)。最近，【/s2/】在前期研究成果的基础上，成功研制出一系列富钠低钒磷酸盐正极材料，即钠铝锰钒磷酸盐Na4.0V0.8Al0.2Mn1.0(PO4)3和Na4.2V0.6Al0.2Mn1.2(PO4)3。随着铝取代钒，这些含铝材料的原料成本大大降低。例如，铝锰磷酸钠(Na4.0)的成本分别比钒磷酸钠(Na3V2)和锰钒磷酸钠(Na3VMn)低约44%和10%。此外，理论计算结果表明，引入铝后形成强离子-共价键，可有效抑制材料中锰的存在导致的ginger Taylor结构的畸变，即使在高电荷状态下，材料仍呈现对称的八面体结构。DFT计算还表明，掺铝材料具有更宽的三维离子扩散通道，与未掺杂的钠锰钒磷酸盐相比，Na+扩散势垒明显降低，表现出优异的动力学性能。

因此，含铝磷酸锰钒钠的倍率和长循环性能显著提高。比如在40°C的高倍率下，铝锰钒磷酸钠(Na4.0)阳极的可逆容量可达84ma·h·g-1，而铝锰钒磷酸钠的容量仅为62ma·h·g-1；在5℃循环1000周后，铝锰钒磷酸钠(Na4.0)的容量保持率可达92%以上，是锰钒磷酸钠的近两倍。而且由于材料中锰的比例大，材料的电压平台高，能量密度高。如磷酸铝锰钒钠(Na4.0)和磷酸铝锰钒钠(Na4.2)的全电池能量密度分别可达232和224 Wh·kg-1，优于以往文献报道的大多数聚阴离子正极的全电池数据。

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回搜狐、https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c02107多看看。

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