鈉離子電池正極材料Na3V2(PO4)2O2F的控制合成與電化學(xué)性能優(yōu)化

谷振一 郭晉芝 楊 洋 呂紅艷 趙欣欣 席曉彤 何曉燕 吳興隆＊,

(1伊犁師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，伊犁 835100)

(2東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，動力電池國家地方聯(lián)合工程實驗室，長春 130024)

0 引 言

近年來，隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出、環(huán)境保護(hù)意識的增強、以及傳統(tǒng)化石燃料日益減少而呈現(xiàn)出能源危機(jī)的加劇，人們開始追求綠色可再生清潔能源的應(yīng)用，包括太陽能、風(fēng)能和潮汐能等。然而，此類能源通常存在間歇性和不穩(wěn)定性等缺點，必須依靠先進(jìn)的能量儲存技術(shù)來實現(xiàn)其穩(wěn)定化高效應(yīng)用。在所有儲能系統(tǒng)中，鋰離子電池(lithium-ion batteries，LIBs)[1-3]是當(dāng)代最先進(jìn)的高比能儲能裝置，在不同規(guī)模的儲能市場中均得到了廣泛的應(yīng)用。然而，隨著LIBs[4-6]的大規(guī)模化應(yīng)用，將消耗大量含鋰化合物，同時地殼中鋰資源極為有限且分布不均，必將造成鋰電池價格的大幅升高。

鈉與鋰位于同一主族，其化學(xué)和物理性質(zhì)也極相似，且鈉元素在地殼中的豐度可高達(dá)2.83%，為鋰的435倍。這意味著，廉價鈉離子電池(sodium-ion batteries，SIBs)[7-8]將是LIBs[9]最有前途的替代品。為實現(xiàn)SIBs的應(yīng)用，關(guān)鍵是要使其性能，尤其是能量密度，達(dá)到或超過LIBs。另外，金屬鈉與鋰相比，不易與鋁箔發(fā)生合金化反應(yīng)，可以在SIBs中將傳統(tǒng)銅箔負(fù)極集流體替換為更廉價的鋁箔，從而進(jìn)一步降低SIBs的成本。因此，對SIBs的研究引起了研究者的廣泛關(guān)注。目前，已有大量的鈉基化合物表現(xiàn)出較好的SIBs正極性能，包括聚陰離子化合物Na3V2(PO4)3[10-13]，NaFePO4[14-15]，Na3V2(PO4)2F3[16-18]，Na2FePO4F[19-21]，NaV PO4F[22-23]，Na3V2(PO4)2(O2-2xF1+2x)(0≤x≤1)[24]和 Na7V3(P2O7)4[25]，以及層狀過渡金屬氧化物NaMO2(M為金屬元素 V，Ni，Mn，Co和 Fe 等)[26-32]等。 在這……