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江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司 2020-08-27 點(diǎn)擊1165次
近日，在中國科學(xué)院過程工程研究所綠色化工研究部和中國科學(xué)院物理研究所清潔能源團(tuán)隊多年來持續(xù)不斷的合作及共同努力下，鈉離子電池用聚陰離子型高電壓正極材料的低能耗規(guī)模化制備取得了重要進(jìn)展。
我們知道，可充電電池廣泛用于生活中的諸多方面。使用廣泛的鋰離子電池由于鋰資源價格昂貴以及地質(zhì)儲量有限等因素可能不能滿足大規(guī)模儲能的需求。而鈉離子電池由于鈉資源儲量豐富且價格低廉越來越引起人們的廣泛關(guān)注，并有可能在大規(guī)模儲能領(lǐng)域獲得應(yīng)用。聚陰離子型化合物氟磷酸釩鈉Na3(VO1-xPO4)2F1+2x (0≤x ≤1)（NVPFs）作為鈉離子電池的正極材料，具有高達(dá)480 Wh/kg的能量密度。如果NVPFs能夠工業(yè)化應(yīng)用，其全電池的能量密度可以和鋰離子電池媲美。
以趙君梅副研究員領(lǐng)導(dǎo)的小組長期以來一直攻關(guān)氟磷酸釩鈉的低能耗綠色合成方法。最近，在針對NVPFs進(jìn)行了一系列水熱/溶劑熱合成方法系統(tǒng)研究之后，她們進(jìn)一步提出以萃取分離為前提直接制備功能材料，即萃取分離制備一體化的概念，并以Na3(VOPO4)2F（NVPOF）為例，開發(fā)了一步便利的室溫可控制備技術(shù)，闡述了這一概念的具體應(yīng)用。NVPFs自1999年由法國科學(xué)家J.-M. Le Meins首次報道以來，一直沿用的是高溫固相的合成方法，而高能耗勢必增加該材料的成本，這將限制該材料的廣泛應(yīng)用。據(jù)報道，法國著名科學(xué)家Jean-Marie Tarascon教授已經(jīng)將氟磷酸釩鈉用于做成圓柱形18650鈉離子電池，然而僅限于實驗室。而我們開發(fā)的基于萃取分離的室溫一步可控制備技術(shù)大大地降低了正極材料的生產(chǎn)成本。特別有意思的是，通過巧妙設(shè)計，獲得的NVPOF是一種具有多殼層微觀結(jié)構(gòu)的微球，其形成機(jī)理主要是基于原位生成的氣泡作為軟模板，并且溶液中共沉淀產(chǎn)生的納米顆粒與氣泡表面發(fā)生層層自組裝的結(jié)果。所合成的NVPOF微球，在沒有任何額外的高溫?zé)Y(jié)、納米化以及碳包覆處理的條件下，展現(xiàn)了優(yōu)越的倍率性能和突出的循環(huán)性能?？梢哉f有關(guān)氟磷酸釩鈉的實驗室研究目前已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。這一研究成果必定會加速氟磷酸釩鈉的工業(yè)化進(jìn)程。
這是首次報道室溫一步可控合成一種聚陰離子化合物，也是對正極材料的常規(guī)高溫固相法以及水熱合成法的挑戰(zhàn)。而有關(guān)原位氣泡軟模板策略相對于常規(guī)的硬模板以及表面活性劑模板也極具新穎性，可以被拓展到其它多殼微觀結(jié)構(gòu)的合成中。
同時這一研究成果標(biāo)志著萃取分離和功能材料制備一體化技術(shù)的初步實現(xiàn)，這可以顯著降低正極材料的制備成本。這一技術(shù)可以進(jìn)一步拓展到廢舊二次電池正極材料的循環(huán)利用以及其它相似電極材料的室溫規(guī)模化制備中。鳳谷鋰電回轉(zhuǎn)窯主要用于正極負(fù)極粉體材料的連續(xù)規(guī)模化生產(chǎn)使用，也可用于其它需氣氛條件下高溫?zé)Y(jié)材料的規(guī)模生產(chǎn)。
