氟磷酸钒钠钠离子电池正极材料研发与应用

工信部锂离子电池及类似产品标准工作组于11月28日～29日举办“钠离子电池产业链与标准发展论坛”。本次论坛由中国电子技术标准化研究院联合中关村储能产业技术联盟主办，钠离子电池相关产业链企事业单位共同参与。

此次大会旨在为钠离子电池产业链企业搭建一个交流的平台，同时也为钠离子电池行业相关人员提供一个了解钠离子电池产业最新资讯的窗口。使参会企事业单位加强合作交流，促进钠离子电池产业健康持续发展。期间，18位行业大咖与大家共同探讨钠离子电池的发展现状与市场前景。

来自西安交通大学的丁书江先生在本次钠离子电池产业链与标准发展论坛上发表了《氟磷酸钒钠钠离子电池正极材料研发与应用》主题演讲。

丁书江先生的演讲主要围绕应用背景、关键问题、研究成果、未来展望四个方面展开。

“十四五”纲要中，对储能等前沿科技及产业变革领域做出了重要指示。2016年国家发改委和国家能源局联合发布了《能源技术革命创新行动计划》，将发展储能技术上升为国家能源战略。2020年，习近平总书记在第七十五届联合国大会上提出了“双碳”目标。

国务院2030年前碳达峰行动方案中提到，积极发展“新能源+储能”、源网荷储一体化和多能互补，支持分布式新能源合理配置储能系统，加快新型储能示范推广应用。

当前风能与太阳能具有不稳定的特点，难以直接并网，而开发储能技术是实现新能源并网的重要途径。

在储能技术中主要涉及铅酸电池、锂电池、钠离子电池，铅酸电池污染环境不可避免且在低温环境下性能较差；锂资源储量有限且价格高昂；钠离子电池具有较好的高低温性能与安全优势，备受关注。

钠离子电池相较于磷酸铁锂来说，具有一定的成本优势。

关于钠离子电池的研究自上世纪70年代，近年来，对于钠离子电池的发展越发迅速，越来越多国内企业投身于钠离子电池的研究。

钠离子电池的技术路线目前主要分为三大类，主要是过渡金属氧化物、聚阴离子型、普鲁士蓝类。过渡金属氧化物优势在于较高的比容量；缺点在于相变严重，循环稳定性差。聚阴离子型的优势在于结构稳定；电压平台高；缺点在于电子电导率低。普鲁士蓝类优势在于较高的比容量，缺点在于结晶水缺陷，循环和热稳定性差。

在行业层面，目前的发展仍处于初级阶段，电极材料储备不完善，上下游产业链不完整；在技术层面，电池的循环寿命有待提高，倍率性能差，成本有待进一步降低。

在关键正极材料方面，氟磷酸钒钠受到关注，因为具有比较高的电压，容量处于一个适中的位置。

氟磷酸钒钠正极材料优势在于有高充放电电位、较高能量密度、高结构稳定性、高离子电导率-快钠离子导体；劣势在于电子电导率低，在合成过程中，氟元素的流失比较严重。

针对氟元素流失的问题，丁书江团队开发出快速烧结技术，可以实现高稳定性的氟磷酸钒钠的支配。

丁书江团队对电池的性能进行了详细的研究。包括复合的过程、复合的比例，目前可以实现公斤级量产，电子电导率得到了明显的提升，经过5000次循环后，仍能保持77.3%的保持率。

通过快速烧结技术可以有效提高材料一次颗粒尺寸和电子电导率，大幅提高了材料的容量，倍率和循环稳定性等综合储钠特性；该工作经过多次重复，可以实现公斤级的小试量产。形成比较可靠的复合材料合成路线；该材料平均放电电压可达＞3.9V，能量密度大于450Wh/kg，循环寿命达到3000圈，是一种具有应用前景的钠离子电池正极材料。

丁书江团队第二个工作重点是开发单晶型复合材料，在TEM低倍率下的单晶斑，高分辨率图像的单晶晶格条纹和衍射斑点证明合成材料为单晶材料。

单晶型技术合成材料表现出现象级的电化学性能，单晶复合材料表现出优异的电化学性能，首圈效率大于95%，1C倍率124.6mAh/g，循环2000圈保持率高达95.6%。10C首圈容量106.3mAh/g，循环5000圈保持率达到87%。

单晶材料有效减少了材料表面SEI膜生长，表面离子溶解和结构退化现象得到缓解，实现材料的高容量倍率和超长循环寿命等综合储钠特性；该工作经过多从重复，形成比较可靠的复合材料合成路线；该材料平均放电电压可达大于3.8V，能量密度大于450Wh/kg，循环寿命预计可以达到10000圈，是一种具有应用前景的钠离子电池正极材料。

关于未来的展望，期望能与企业进行合作，对上述提到的两款材料进行中试生产工艺的优化和全电池示范，实现成分均一的高性能钒基氟磷酸盐批量化生产并商业化应用。

丁书江团队成员介绍，有20余位老师与80余位同学，具备很好的科研条件。

未来欢迎大家到西部科技创新港，目前入驻的企业包括敦煌方寸、德赛电池、云天化集团，针对每一家企业提出不同的技术路线不同。

以上为西安交通大学的丁书江先生在本次钠离子电池产业链与标准发展论坛上发表的《氟磷酸钒钠钠离子电池正极材料研发与应用》主题演讲。

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