中科院過程工程所等開發(fā)出“一步機(jī)械化學(xué)法”制備鈉電池正極材料

據(jù)中國(guó)科學(xué)院網(wǎng)站，近日，中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所和中科院物理研究所清潔能源團(tuán)隊(duì)合作，在鈉電池正極材料的規(guī)模化制備研究中取得進(jìn)展，開發(fā)出“一步機(jī)械化學(xué)法”快速制備鈉電池聚陰離子正極材料氟磷酸釩鈉。

自 1999 年法國(guó)科學(xué)家 J.-M. Le Meins 發(fā)現(xiàn)以來，氟磷酸釩鈉的合成一直采用高溫固相法，高能耗帶來的高昂成本及欠充分發(fā)揮的電化學(xué)性能限制了該類材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

據(jù)介紹，過程工程所研究員趙君梅團(tuán)隊(duì)以降低能耗和形貌調(diào)控為出發(fā)點(diǎn)，采用水熱 / 溶劑熱合成氟磷酸釩鈉，對(duì)材料的充放電機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究；在此基礎(chǔ)上，開發(fā)出一步室溫可控制備多殼層氟磷酸釩鈉微球技術(shù)（Joule 2018, 2 (11): 2348-2363），在降低該材料生產(chǎn)能耗的同時(shí)提升了其性能。然而，液相反應(yīng)會(huì)受到原料 / 產(chǎn)物溶解度、pH 等多參數(shù)調(diào)控的限制。基于此，團(tuán)隊(duì)開發(fā)出無溶劑的機(jī)械化學(xué)法以快速制備含碳 NVPFs 復(fù)合物，因能實(shí)現(xiàn)原位碳骨架的構(gòu)建，界面反應(yīng)得以強(qiáng)化。該制備方法可將液相法的 7 天生產(chǎn)時(shí)間縮短至 30 分鐘，產(chǎn)品倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性得到提升，保證了工業(yè)應(yīng)用的生產(chǎn)效率。產(chǎn)品公斤級(jí)放大組裝的商業(yè)級(jí) 26650 圓柱電池證實(shí)了其高功率和長(zhǎng)循環(huán)特性。

該研究成果進(jìn)一步推動(dòng)了氟磷酸釩鈉的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程，且機(jī)械球磨原位構(gòu)建碳骨架相對(duì)于常規(guī)多步驟包碳以及高溫?zé)峤獍季哂忻黠@優(yōu)勢(shì)，為正極材料倍率和循環(huán)性能的提升提供了一種可行性策略。同時(shí)，公斤級(jí)產(chǎn)品放大實(shí)踐表明，機(jī)械化學(xué)法快速規(guī)模制備鈉電池正極材料已成為可能，這會(huì)降低鈉離子電池材料的制備成本。

▲機(jī)械化學(xué)法制得氟磷酸釩鈉產(chǎn)品的電化學(xué)性能 | 圖自：中國(guó)科學(xué)院網(wǎng)站