新型高电压、高比能、高倍率钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)2O2F
作为具有重要应用前景的下一代大规模储能电池，钠离子电池因具有钠资源储量丰富、地壳中分布广泛、廉价以及与锂离子电池具有类似工作原理等优势，受到了越来越多的关注。然而，钠离子电池的实用化进程仍然面临着许多的挑战，例如，能量和功率密度较低，循环寿命短和低温性能不够理想等。在众多钠电正极材料中，NASCION（Na Super Ionic Conductor）型聚阴离子磷酸盐材料具有结构稳定和热稳定性好等优点，受到了广泛的研究。遗憾的是，通常的NASCION型磷酸盐材料用作钠电正极时，表现出较低的充放电电压，从而在很大程度上限制了钠离子电池能量密度的提高，制约了其实用化进程。
为了解决这个问题，东北师范大学化学学院吴兴隆副教授和中国科学院化学研究所郭玉国研究员课题组合作，设计并可控制备了一个具有高工作电压的NASCION型钠电正极材料----纳米四棱柱状Na3V2(PO4)2O2F（NVPF-NTP）。电化学性能测试结果表明，NVPF-NTP用作钠电正极材料时，表现出两个稳定的高电压平台4.01 V和3.60 V (vs. Na+/Na)，储钠比容量为127.8 mA h g-1，使其材料能量密度高达486 W h kg−1，明显高于大多数已知的其他钠电正极材料。原位XRD测试结果表明，NVPF-NTP在充放电过程中的晶格体积变化仅为2.56 %，且GITT和不同扫速下的CV研究结果均显示，NVPF-NTP电极中钠的表观扩散系数在10-11~10-12 cm2 s-1这一较高的量级。因此，NVPF-NTP正极还表现出十分优异的倍率、长循环和低温性能。例如，在40C（1.5分钟完成充/放电过程）这样的高倍率下，NVPF-NTP电极仍表达出84.1 mA h g-1的比容量，是0.1C倍率下的65.8 %；在20C下循环2000圈后，仍然有80.9 %的容量保持率；在-25 oC的低温下，以0.2C倍率充放电时，可逆比容量达96.1 mA h g−1，为室温容量的76.4 %。另外，NVPF-NTP正极与按照文献方法合成的Sb基负极匹配，装配成的钠离子全电池，也表现出优异倍率和循环等储能性能。
可以看出，该NVPF-NTP材料表现出高比能和高比功率、长循环寿命、以及优异的低温和全电池性能，不但有望实用于未来的高性能钠离子电池中，也为进一步提升钠离子电池能量密度开辟了新的途径。相关研究结果发表于Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201701968）上。
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