科學(xué)家室溫條件下一步合成鈉離子電池材料

中國科學(xué)院過程工程研究所綠色化工研究部副研究員趙君梅團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種聚陰離子化合物低成本便利的室溫可控技術(shù)，并首次合成了鈉離子電池高電壓正極材料氟磷酸釩鈉。該材料未經(jīng)過任何的后處理即具有優(yōu)異的倍率性能和長循環(huán)性能，可以說有關(guān)氟磷酸釩鈉的實(shí)驗(yàn)室研究目前已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。研究成果近期發(fā)表于《細(xì)胞》出版社能源旗艦期刊《焦耳》。

鑒于鋰資源價(jià)格昂貴、地質(zhì)儲量有限等劣勢對鋰離子未來發(fā)展的限制，與鋰離子電池具有相似工作原理的鈉離子電池被寄予厚望。一類重要的鈉離子電池正極材料聚陰離子化合物氟磷酸釩鈉的規(guī)模化低成本制備，正在制約其商業(yè)化進(jìn)程。這類材料具有高達(dá)480 W·h/kg的能量密度，如果氟磷酸釩鈉能夠工業(yè)化應(yīng)用，全電池的能量密度可以和鋰離子電池相媲美。該材料自1999年由法國科學(xué)家J.M. Le Meins首次報(bào)道以來，一直沿用的是高溫固相的合成方法，高能耗導(dǎo)致了該材料的高成本。

趙君梅團(tuán)隊(duì)長期致力于氟磷酸釩鈉的低能耗綠色合成。最近，在對氟磷酸釩鈉進(jìn)行了一系列水熱/溶劑熱合成方法系統(tǒng)研究之后，他們進(jìn)一步提出以釩渣萃取提釩得到的偏釩酸鈉溶液為釩的原料，直接制備氟磷酸釩鈉，開發(fā)了一種便利的室溫可控制備技術(shù)，這將使該材料的生產(chǎn)成本大大降低。

通過這一方法獲得的氟磷酸釩鈉是一種具有多殼層微觀結(jié)構(gòu)的微球，其形成機(jī)制主要是基于原位生成的氣泡作為軟模板，且氣—液—固界面發(fā)生層層自組裝的結(jié)果。

這是首次報(bào)道室溫一步可控合成一種聚陰離子化合物，也是對正極材料的常規(guī)高溫固相法以及水熱合成法的挑戰(zhàn)。