胡勇胜、赵君梅研究员Nature Commun.：钠电商业化再近一步，机械化学法快速制备聚阴离子型钠电正极材料

【研究背景】     二次电池是新一轮能源变革的焦点。全民普及的锂离子电池受锂资源成本和储量分布的限制，恐难满足未来规模储能的需求。钠离子电池因钠资源丰富、分布广泛，并且具有与锂离子电池相似的工作原理，近年来备受关注。在对能量密度要求不高的大规模储能系统方面，钠离子电池尤其具有潜在的应用前景。即使这样，成本依然是限制其大规模应用的主要因素。电池的成本主要是来自于材料的成本，包括原材料成本和材料制造成本。以NCM为例，材料的制造成本占到材料总成本的50%以上。利用传统的高温固相法来制备活性材料，虽然方法成熟，但也存在很多弊端。一方面，高温固相法无疑会增加制备过程的能耗；另一方面，高温固相法制备的材料通常呈现较大的块状结构，形貌不规则，不利于电池性能特别是倍率性能的发挥。而常规的低温溶液法，无疑可以调控活性材料的形貌和微观结构，但是液相反应会受到原料/产物溶解度、pH等多诸多因素的限制。     目前钠离子电池的能量密度、循环寿命和安全性能都高度依赖于正极材料。在各类开发的正极材料中，聚阴离子型正极，由于具有三维框架结构、聚阴离子的诱导效应和稳定的电化学性能，是钠离子电池中极有应用前景的正极材料之一。其中，氟磷酸钒钠系列化合物Na3(VO1-xPO4)2F1+2x(0≤x≤1，NVPFs) 属于一类重要的钠离子电池正极材料，具有较高的电压和可逆比容量，理想能量密度高达480 Wh kg-1，迄今为止一直得不到应用，主要原因是其成本较高，电化学性能还不能很好地发挥。     为推动其工业应用，从降低该材料的制备成本，并进一步提升其电化学性能为出发点，中科院过程工程研究所赵君梅研究员团队近年来针对氟磷酸钒钠的低成本绿色合成及性能改进取得了多项专利技术和研究成果：Chem. Commun. 2015, 51, 7160-7163；Angew. Chem. Int. Edit. 2015, 54, 9911-9916; J. Mater. Chem. A 2016, 4(19), 7178-7184; Small Methods 2019, 3, 1800111; ACS Appl. Energy Mater. 2019, 2, 7474-7482等，并在此基础上创新性开发了一步室温可控制备多壳层氟磷酸钒钠微球技术（Joule 2018, 2(11): 2348-2363），相比于已报道的现有方法，该材料的制备能耗进一步降低。近日，该团队与中国科学院物理研究所清洁能源团队合作，在室温共沉淀成功合成氟磷酸钒钠的基础上，率先开发出无溶剂的室温固相机械化学法快速合成NVPFs，并可以一步构建碳纳米骨架，增加导电性的同时，产生的界面储钠行为使材料具有超理论容量的特性，产品尤其在高功率和长循环方面具有独特优势。产品公斤级放大组装的商业级26650圆柱电池初步证实了产品的优异性能。相关研究成果发表于Nature Communications。中科院过程工程所博士研究生沈杏为