《美国化学会能源快报》研究人员提出钠离子电池制备新方法

来源: 元素商城   2019-7-5   访问量:454评论(0)

近日,中科院大连化学物理研究所储能技术研究部研究员李先锋、张华民,副研究员郑琼带领的研究团队,在钠离子电池聚阴离子型正极材料研究方面取得新进展。研究成果发表于《美国化学会能源快报》。

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钠离子电池的正极材料决定其能量密度。聚阴离子型化合物具有较高电压、较高理论比容量、结构稳定等优点,成为钠离子电池正极材料的优选之一。

钠离子电池的技术优势

钠离子电池使用的电极材料主要是钠盐,相较于锂盐而言储量更丰富,价格更低廉。由于钠离子比锂离子更大,所以当对重量和能量密度要求不高时,钠离子电池是一种划算的替代品。

与锂离子电池相比,钠离子电池具有的优势有:(1)钠盐原材料储量丰富,价格低廉,采用铁锰镍基正极材料相比较锂离子电池三元正极材料,原料成本降低一半;(2)由于钠盐特性,允许使用低浓度电解液(同样浓度电解液,钠盐电导率高于锂电解液20%左右)降低成本;(3)钠离子不与铝形成合金,负极可采用铝箔作为集流体,可以进一步降低成本8%左右,降低重量10%左右;(4)由于钠离子电池无过放电特性,允许钠离子电池放电到零伏。钠离子电池能量密度大于100Wh/kg,可与磷酸铁锂电池相媲美,但是其成本优势明显,有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。

钠离子电池制备新方法

研究人员在钠离子电池聚阴离子型正极材料的结构基元调控、钠脱嵌机制、碳复合制备、全电池及软包电池构建等方面展开了系列研究,实现了高性能三氟磷酸钒钠、氟磷酸钒钠、磷酸钒钠等钒基聚阴离子型化合物的高效合成及应用。

团队提出了一种低温溶剂热—球磨制备方法,实现了高电导性碳包覆氟磷酸钒钠(Na3V2(PO42F3)的绿色经济合成。研究发现低温溶剂热过程中溶剂种类和pH值对Na3V2(PO4)2F3形貌和产物纯度起到关键作用。在乙醇和水共混溶剂的酸性环境中,晶体具有很高的表面能,可以获得高纯度且高产率的Na3V2(PO42F3。与科琴黑(KB)短时间(1小时)球磨之后,Na3V2PO42F3表面均匀包覆了一层高度石墨化的KB,有效提高了其离子扩散和电子传导能力。由Na3V2(PO42F3组装的钠离子电池在0.5C的电流下具有138mAh/g的高比容量,在40C的大电流下其容量仍能维持122mAh/g

该低温溶剂热—球磨方法将为低成本、高性能钠离子电池技术的实用化提供一种新策略。



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