聚阴离子型钠离子电池正极材料研究取得重要进展

发布日期:2018-9-25     浏览次数:1087次    发布者:刘春英    

杨勇教授课题组近期在聚阴离子型钠离子电池正极材料研究上取得重要进展,相关成果“Identifying the Structural Evolution of the Sodium Ion Battery Na2FePO4F Cathode”发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 11918-11923)

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研究团队在前期锂/钠离子电池正极材料反应机理的固体核磁共振研究基础上,结合原位高能XRD技术(HEXRD)、DFT理论计算进一步研究了Na2FePO4F材料在充放电过程中的长程结构、短程局域环境及离子/电子变化,深入阐述了该材料的电化学反应机理。在前期报道的Na2FePO4F的固体核磁共振研究结果中, 由于其实验方法的限制, 导致谱图解析及材料电化学反应机理分析不当。而该研究发现,材料的充电过程中存在两个两相反应,分别是Na2FePO4F→Na1.5FePO4FNa1.5FePO4F→NaFePO4F。通过DFT计算获得了中间相Na1.5FePO4F的晶体结构,并得到了XRD精修、固体NMR实验与顺磁化学位移计算结果的支持。

杨勇教授课题组长期致力于钠离子电池电极材料的基础研究,在不同钠离子电池聚阴离子型正极材料合成与反应机理研究上已经取得一系列重要进展。例如,使用23Na51V NMR等核的固体核磁共振技术结合多种表征手段提出在Na3V2(PO4)2F3的充电初始阶段两个Na位上的Na离子可同时进行脱嵌;阐明Na4Fe3(PO4)2(P2O7)在脱钠过程的结构演变;阐明Na3VCr(PO4)3多电子反应可逆性差的原因,并在低温下实现稳定可逆的1.5电子循环;合成并鉴定一种可同时用做钠离子电池正极和负极材料的Na3V3(PO4)4。相关成果发表在Chem. Mater. 2014, 26, 25132521; J. Power Sources. 2016, 327, 666-674; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 43632–43639; ACS Appl. Energy Mater., 2018, 1, 3603–3606等期刊上。此外,基于杨勇教授课题组长期的工作积累,他们最近应Small Methods邀请撰写“Research Progress on Multielectron Reactions in Polyanionic Materials for Sodium-ion Batteries”综述文章。

该研究工作在杨勇教授指导下完成,博士生李琦为第一作者,2009级已毕业博士刘子庚为共同通讯作者。厦门大学物理科学与技术学院吴顺情教授、剑桥大学Clare P. Grey教授等在理论计算方面给予了重要的支持。该研究得到科技部重点研发计划课题(2016YFB09015022018YFB0905400)及国家自然科学基金(212330042176113203021621091)的资助。

  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201805555