中科院過程工程所等開發(fā)出“一步機械化學法”制備鈉電池正極材料

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

自 1999 年法國科學家 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)揮的電化學性能限制了該類材料的產(chǎn)業(yè)化應用。

據(jù)介紹，過程工程所研究員趙君梅團隊以降低能耗和形貌調(diào)控為出發(fā)點，采用水熱 / 溶劑熱合成氟磷酸釩鈉，對材料的充放電機理進行了系統(tǒng)研究；在此基礎上，開發(fā)出一步室溫可控制備多殼層氟磷酸釩鈉微球技術（Joule 2018, 2 (11): 2348-2363），在降低該材料生產(chǎn)能耗的同時提升了其性能。然而，液相反應會受到原料 / 產(chǎn)物溶解度、pH 等多參數(shù)調(diào)控的限制。基于此，團隊開發(fā)出無溶劑的機械化學法以快速制備含碳 NVPFs 復合物，因能實現(xiàn)原位碳骨架的構建，界面反應得以強化。該制備方法可將液相法的 7 天生產(chǎn)時間縮短至 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)應用的生產(chǎn)效率。產(chǎn)品公斤級放大組裝的商業(yè)級 26650 圓柱電池證實了其高功率和長循環(huán)特性。

該研究成果進一步推動了氟磷酸釩鈉的商業(yè)化應用進程，且機械球磨原位構建碳骨架相對于常規(guī)多步驟包碳以及高溫熱解包碳具有明顯優(yōu)勢，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，公斤級產(chǎn)品放大實踐表明，機械化學法快速規(guī)模制備鈉電池正極材料已成為可能，這會降低鈉離子電池材料的制備成本。

▲機械化學法制得氟磷酸釩鈉產(chǎn)品的電化學性能 | 圖自：中國科學院網(wǎng)站