【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所趙邦傳研究員團(tuán)隊在鈉離子電池正極材料研發(fā)中取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊通過采用“鍵結(jié)構(gòu)調(diào)控+界面修飾”的多尺度“內(nèi)外兼修”協(xié)同改性策略，實(shí)現(xiàn)了磷酸釩錳鈉(Na4MnV(PO4)3，NMVP)正極材料中鈉離子的快速傳輸和優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果以“Boosting Long-Life Sodium Storage of Na4MnV(PO4)3 via Synergistic Bond Structure Regulation and Interfacial Modification”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater, 2025, DOI: 10.1002/adfm.202523851)上。
發(fā)展低成本、高安全性的大規(guī)模儲能技術(shù)(如電化學(xué)儲能)，是推動我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。在各類電化學(xué)儲能技術(shù)中，鋰離子電池雖是目前商業(yè)化應(yīng)用最廣泛、技術(shù)成熟度最高的技術(shù)路線之一，但鈉離子電池憑借鈉資源儲量豐富和成本低廉等優(yōu)勢，正逐漸成為鋰離子電池在大規(guī)模儲能等場景中的重要補(bǔ)充。在聚陰離子型鈉離子電池正極材料中，NASICON型磷酸釩錳鈉因具有三維開放框架、高工作電壓及良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，是一種前景廣闊的鈉電正極材料。然而，其本征電子電導(dǎo)率較低，且充放電過程中Mn3+離子易引發(fā)Jahn-Teller(J-T)畸變，共同制約了其離子擴(kuò)散效率與循環(huán)穩(wěn)定性，限制了其實(shí)際應(yīng)用。
為解決上述問題，研究團(tuán)隊提出了一種體相與表面協(xié)同強(qiáng)化的改性思路：在體相釩位點(diǎn)引入高價態(tài)、小半徑的Mo6+離子，通過優(yōu)化Mn的局部配位環(huán)境增強(qiáng)Mn-O鍵強(qiáng)度、有效抑制J-T畸變，同時縮小帶隙以提升材料的電子導(dǎo)電性；在表面構(gòu)建均勻的Al2O3包覆層，既能穩(wěn)定電極/電解質(zhì)界面、抑制Mn溶出，又能促進(jìn)鈉離子界面?zhèn)鬏敗＿@種多尺度(從原子尺度至微米尺度)“內(nèi)外兼修”的協(xié)同改性策略，系統(tǒng)優(yōu)化了材料的電化學(xué)行為，顯著改善了材料的電化學(xué)性能。測試結(jié)果表明，改性后的Na3.91MnV0.97Mo0.03(PO4)3@Al2O3(NMVMP@Al2O3)在0.1 C倍率下，初始放電容量可達(dá)99.3 mAh g-¹，即使在10 C的高倍率下循環(huán)3000次后，容量保持率仍高達(dá)84.5%，遠(yuǎn)超未改性材料及其它已報道的NASICON型正極材料。進(jìn)一步分析證實(shí)，改性后材料在充放電過程中的體積變化僅為3.66%，展現(xiàn)出極高的結(jié)構(gòu)可逆性和穩(wěn)定性。
該工作不僅為NMVP正極的實(shí)際應(yīng)用奠定了堅實(shí)的實(shí)驗(yàn)與技術(shù)基礎(chǔ)，還為其它聚陰離子型電極材料的設(shè)計提供借鑒，對推動高穩(wěn)定性、長壽命鈉離子電池的發(fā)展具有積極意義。
論文第一作者為博士研究生王思雅，趙邦傳研究員與王佩瑤博士后為共同通訊作者。相關(guān)研究得到中國科學(xué)院儀器功能開發(fā)項目、特別研究助理項目、安徽省重點(diǎn)研發(fā)計劃及合肥市關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)項目等支持。
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