桂林理工：分级双碳层多孔VMC@C/石墨烯复合材料，用于钠储存

成果简介

钠离子电池在大规模储能系统以及低速电动车电池领域上有很大的应用潜力，正极材料作为电池系统的关键部件对整体性能有着至关重要的影响，其中聚阴离子型正极材料被认为是最具商业化潜力的正极体系。本文，桂林理工大学卢锋奇副研究员在《Materials Advances》期刊上发表了题为“Hierarchical cathode constructed by carbon coated Na3.5VMn0.5Cr0.5(PO4)3nanoparticles on rGO for high-capacity and long-cycle life sodium storage”的文章（DOI：10.1039/d3ma00074e）。

本论文通过石墨烯导电骨架以及碳原位包覆构建了双碳层修饰的分级多孔结构三元磷酸盐Na3.5VMn0.5Cr0.5(PO4)3@C/rGO正极材料，这一特殊的形貌能有效提高材料的电子导电性和钠离子扩散能力，从而进一步提高材料的倍率能力和长循环稳定性。VMC@C/rGO在0.2 C下初始放电容量高达136 mAh g-1，能量密度为471 Wh kg-1；在20 C下经过8000次长循环后容量保持率高达81%。全电池也表现出较好的循环性能，在1 C下具有84.5 mAh g-1的初始放电容量，200次循环后保持率达到了惊人的94.6%。

图文导读

图1. 分级双碳层多孔结构VMC@C/rGO制备示意图

图2. 材料的形貌表征

图3. 材料的电化学性能表征

图4. 钠离子动力学表征

图5. EIS图谱及全电池性能表征

小结

为了克服Na3V2(PO4)3扩散动力学较差的缺点，本论文通过溶胶-凝胶法成功地制备了双碳分级结构Na3.5VMn0.5Cr0.5(PO4)3@C/rGO材料。由于合理设计的分级纳米结构和协同效应，VMC@C/rGO材料表现出良好的储钠性能。可实现472 Wh/kg-1的高能量密度，并且在20 C下在8000次循环后81%的高容量保持率。VMC@C/rGO//HC全电池还表现出405.8 Wh kg-1的高能量密度和优异的循环稳定性（在1C下200次循环后94.6%）。此外，在这项工作中所采用的分级结构和阳离子取代策略可以潜在地应用于其他高性能的NASIOCN基钠离子电池正极材料。

文献:

• https://doi.org/10.1039/D3MA00074E