近日，大连化物所储能技术研究部李先锋研究员、张华民研究员、郑琼副研究员带领的研究团队，在钠离子电池聚阴离子型正极材料研究方面取得新进展，研究成果发表于《美国化学会能源快报》上。
钠离子电池具有资源丰富、低成本、高性价比等优点，在电动自行车、低速电动车、分布式储能、大规模储能领域具有很好的应用前景。钠离子电池与锂离子电池工作原理相似，正极材料决定钠离子电池能量密度。聚阴离子型化合物具有较高电压、较高理论比容量、结构稳定等优点，成为钠离子电池正极材料的优选之一。为提高其倍率性能、优化全电池性能，以及进一步降低材料制备成本、实现材料规模化制备，是急需攻破的难题。研究人员在钠离子电池聚阴离子型正极材料的结构基元调控、钠脱嵌机制、碳复合制备、全电池及软包电池构建等方面展开了系列研究，实现了高性能三氟磷酸钒钠、氟磷酸钒钠、磷酸钒钠等钒基聚阴离子型化合物的高效合成及应用。
三氟磷酸钒钠具有由[V2O8F3]双八面体与[PO4]四面体间隔性的联结形成的三维网状结构，有利于Na+的快速嵌入和脱出。其理论能量密度为500Wh/kg，与LiFePO4在锂离子电池中的能量密度相当（550Wh/kg），近年来备受关注。
研究团队提出了一种低温溶剂热-球磨制备方法，实现了高电导性碳包覆氟磷酸钒钠（Na3V2(PO4)2F3）的绿色经济合成。研究发现低温溶剂热过程中溶剂种类和pH值对Na3V2(PO4)2F3形貌和产物纯度起到关键作用。在乙醇和水共混溶剂的酸性环境中，晶体具有很高的表面能，可以获得高纯度且高产率的Na3V2(PO4)2F3。有效提高了其离子扩散和电子传导能力。由Na3V2(PO4)2F3组装的钠离子电池在0.5C的电流下具有138mAh/g的高比容量，在40C的大电流下其容量仍能维持122mAh/g。该低温溶剂热-球磨方法将为低成本、高性能钠离子电池技术的实用化提供一种新的策略。