论文部分内容阅读
随着可再生能源（如太阳能、风能等）的快速发展，迫切需要开发长寿命、低成本的储能电池。由于受到锂资源的制约，锂离子电池在大规模储能系统中的应用受到成本限制。作为同一主族的钠，与锂性质相似，且资源丰富，使钠离子电池在大规模储能领域的应用成为可能。Na3(VO1-xPO4)2F1+2x(0≤x≤1)是一类具有高结构稳定性、高放电电压的钠离子电池正极材料。目前Na3(VO1-xPO4)2F1+2x(0≤x≤1)的合成方法主要为两步高温固相法(700-900℃)，具有能耗大的缺点，而正极材料的制备成本是储能电池成本的决定性因素。因此，用相对低温的溶液法来代替传统的高温固相法，是降低正极材料成本的重要手段。为此，我们提出了两种一步低温制备方法，即低温溶剂热法和低温水热法。 首先，通过采用有机钒源，实现了Na3(VO1-xPO4)2F1+2x(0≤x≤1)的低温溶剂热合成(40-140℃)，并利用XRD、SEM、IR研究了系列化合物的结构差异。该方法所制备的材料具有优异的电化学性能:0.2C电流倍率下，储钠容量112 mAh·g-1，储钠电压3.75 V;在2C电流倍率下循环1200次后容量保持率为90％。其中，Na3(VOPO4)2F(x=0)样品具有突出的倍率性能，10C电流倍率下（6分钟充放电）的放电比容量为73 mAh·g-1，容量保持率为60％。 为进一步避免有机溶剂的使用，使合成体系更绿色，本论文系统研究了以九种钒源、四种磷源为原料的低温水热合成法(120-220℃)。并以VCl3合成Na3(VPO4)2F3(x=1)为代表，深入研究了四种磷源对产物形成的影响，证明pH值是目标产物合成的关键因素，微酸性或中性环境更有利于产物的合成。通过调控合成体系的pH值或者采用不同的钒源、磷源，可以实现Na3(VO1-xPO4)2F1+2x(0≤x≤1)的可控合成。 本文提出的两种合成方法，是以逐步降低能耗和使合成体系趋于绿色化为准则。与传统两步高温固相法相比，本文提出的一步低温溶液法显著降低了材料制备成本，为该化合物的低温产业化制备奠定了基础，并提供了一种制备其它聚阴离子化合物的思路。