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储能科学与技术 2023年

作者：张梓楠陈剑中国科学院大学中国科学院大连化学物理研究所

Na3V2O2(PO4)2F(NVOPF)具有较稳定的聚阴离子结构、较高的工作电压和理论比能量，是一种具有良好应用前景的钠离子电池正极材料。但该材料在合成过程中易发生不规则团聚，且本征电导率低，导致材料的实际比容量较小，倍率性能和循环性... 详细信息

Na3V2O2(PO4)2F(NVOPF)具有较稳定的聚阴离子结构、较高的工作电压和理论比能量，是一种具有良好应用前景的钠离子电池正极材料。但该材料在合成过程中易发生不规则团聚，且本征电导率低，导致材料的实际比容量较小，倍率性能和循环性能有待提高。通过离子掺杂以及合成具有微纳结构的材料可以有效提高这类材料的结构稳定性和电导率。本工作首次报道了多元醇辅助水热法合成具有空心微球结构的Nb5+掺杂NVOPF(NVNOPF，Na3V2-xNbxO2(PO4)2F(0≤x≤0.15))材料。所制备的NVOPF和NVNOPF是尺寸为0.7 ～ 1.0 μm的具有中空结构的微球。可以发现微球由尺寸小于100 nm的纳米颗粒组成。纳米颗粒缩短钠离子的扩散距离，并且缓冲了由于钠离子的嵌入/脱出所导致的体积变化，提高了材料的循环稳定性。同时，掺杂Nb5+增大了NVOPF的晶格参数，增大了Na+扩散通道，将Na+在NVOPF中的固相扩散系数由Na3V2O2(PO4)2F的6.46×10-16提高至Na3V1.90Nb0.10O2(PO4)2F的3.52×10-15cm2/s。Na3V1.90Nb0.10O2(PO4)2F材料以0.1 C倍率放电，首次放电比容量达126.4 mA·h/g；以10 C倍率放电，初始比容量为98.1 mA·h/g，500周循环后的容量保持率为95.2%，明显优于未掺杂材料的66.8%。研究结果显示掺杂Nb5+的空心球形微纳结构有效提高了NVOPF材料的电化学性能和循环稳定性。

关键词：钠离子电池正极材料 Na V O (PO ) F 多元醇辅助水热法空心微球铌掺杂

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Nb掺杂Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F空心微球钠离子电池正极材料的制备与性能

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储能科学与技术 2023年第8期12卷 2370-2381页

作者：张梓楠陈剑中国科学院大连化学物理研究所辽宁大连116023 中国科学院大学北京100049

Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F(NVOPF)具有较稳定的聚阴离子结构、较高的工作电压和理论比能量,是一种具有良好应用前景的钠离子电池正极材料。但该材料在合成过程中易发生不规则团聚,且本征电导率低,导致材料的实际比容量较小,倍率性... 详细信息

Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F(NVOPF)具有较稳定的聚阴离子结构、较高的工作电压和理论比能量,是一种具有良好应用前景的钠离子电池正极材料。但该材料在合成过程中易发生不规则团聚,且本征电导率低,导致材料的实际比容量较小,倍率性能和循环性能有待提高。通过离子掺杂以及合成具有微纳结构的材料可以有效提高这类材料的结构稳定性和电导率。本工作首次报道了多元醇辅助水热法合成具有空心微球结构的Nb5+掺杂NVOPF[NVNOPF,Na_(3)V_(2-x)NbxO_(2)(PO_(4))2F(0≤x≤0.15)]材料。所制备的NVOPF和NVNOPF是尺寸为0.7~1.0μm的具有中空结构的微球。可以发现微球由尺寸小于100 nm的纳米颗粒组成。纳米颗粒缩短钠离子的扩散距离,并且缓冲了由于钠离子的嵌入/脱出所导致的体积变化,提高了材料的循环稳定性。同时,掺杂Nb5+增大了NVOPF的晶格参数,增大了Na+扩散通道,将Na+在NVOPF中的固相扩散系数由Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F的6.46×10^(-16)cm^(2)/s提高至Na3V1.90Nb0.10O2(PO_(4))_(2)F的3.52×10^(-15)cm^(2)/s。Na_(3)V_(1.90)Nb_(0.10)O_(2)(PO_(4))_(2)F材料以0.1 C倍率放电,首次放电比容量达126.4 mAh/g;以10 C倍率放电,初始比容量为98.1 mAh/g,500周循环后的容量保持率为95.2%,明显优于未掺杂材料的66.8%。研究结果显示掺杂Nb5+的空心球形微纳结构有效提高了NVOPF材料的电化学性能和循环稳定性。

关键词：钠离子电池正极材料 Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F 多元醇辅助水热法空心微球铌掺杂

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