磷酸盐基钠离子电池的研究与应用

研究背景磷酸盐基钠离子电池基础研究进展磷酸盐基钠离子电池工程化研究进展下一步发展重点双碳目标下迫切需要构建”新能源+储能“新型电力系统储能技术可实现能量的存储和释放储能系统储能技术是实现可再生能源普及应用的关键瓶颈技术！新型储能技术是国家重大战略需求2021年07月发改能源规〔2021〕1051号《关于加快推动新型储能发展的指导意见》新型储能技术是国家重大战略需求2022年02月22日国家发改能源规《“十四五”新型储能发展实施方案》发展钠离子电池技术具有重要战略意义锂离子电池因能量密度高的优点在电子产品、电动交通工具、大规模储能领域存在卡脖子风险中国80%锂依赖进口(全球第正极隔膜Na+负极钠离子电池因钠资源丰富（钠/锂储量比：>>1000）、成本低廉、性价比高等优势在中低速电动车和户用侧、大规模储能等领域展现出广阔的应用前景!钠离子电池正极体系层状过渡金属氧化物普鲁士蓝有机物聚阴离子型化合物具有钠扩散快、晶胞结构稳定等优点，是高比能量、高比功率、高稳定性钠离子电池体系的优选正极材料之一！DICP钠离子电池技术基础研究与工程放大齐头并进聚阴离子型磷酸盐是长寿命、高比功率、高安全性钠离子电池器件的优选正极体电池器件的集成工艺关键材料的放大制备工艺电池器件的集成工艺关键材料的放大制备工艺研究背景磷酸盐基钠离子电池基础研究进展磷酸盐基钠离子电池工程化研究进展下一步发展重点钠离子电池技术基础研究进展磷酸盐基正极研究内容构建具有离子和电子高传导性的bi-continuoNaVPO4F晶相转化机制及其构效关系研究两种晶相NaVPO4F的差异两种构型的NaVPO4F虽然元素组成完全一样，然而两者的合成方法、晶体结构和储钠性能单斜相和四方相的转化机制研究四方型NaVPO4F的HADDF-STEM图AdvancedEnergyMaterials,2021,2100627离位测试方法探究相变过程单斜晶型单斜晶型四方晶型四方晶型JournalofMaterialsChemistryA,2018；ACSAppliedMaterials&Interfaces,2020原位测试方法探究相变过程-变温原位XRD&XPS原位XRD和原位XPS的测试结果进一步证实了四方-单斜的不可原位测试方法探究相变过程-原位变温环境电镜相变开始之前，材料四方相纳米颗粒逐渐说明单斜构型是热力四方相由于形成能更高，晶体生长过程受到抑制，因而颗粒尺降温过程衍射斑点和形貌不再变化，进一步证实相变过程的不两相储钠机制的差异研究-电化学原位XRD单斜相In-situXRD四方单斜相NaVPO4F的充放电过程种特征衍射峰位置发两相储钠性能和储钠动力学研究充放电曲线对比倍率性能对比单斜相NaVPO4F可作为功率型正极优选材料，四方相NaVPO4F可作为能量型正极优选材料，为钠离子电池在不同领域应用的合理选材提供了指导。AdvancedEnergyMaterials,2021,2100627高电子/离子传导性的高面载量电极结构设计相转化法构筑含高导电性3D碳网络&高液相传质能力微孔的自支撑电极调控成膜热力学和动力学过程、成膜后溶剂诱导作用实现成膜孔径、形态等的调控AdvancedEnergyMaterials,2021；ACSAppliedMaterials&Interfaces,2020,12;JournalofMaterialsChemistryA,2019高面载量低弯曲度电极结构设计及构效关系研究不同孔结构电极内部钠离子传输示意图:(a)高弯曲度设计具有低弯曲度孔结构的新型电极结构是提高高面载量电极电荷转移动力学的有效策略之一多孔形貌调控机理水热力学和动力学因素分析使用不同非溶剂获得的多孔电极的界面形貌电极孔结构弯曲度研究（离子传导能力研究）MembraneMembraneLiLiLiLi孔结构弯曲度测试装置τ：多孔膜的弯曲度电池倍率性能(f)(f)高面载量的电极(指状孔电极具有更加优异储钠动力学分析NVP@C-W-1NVP@C-E-1NVP@C-W-7NVP@C-E-7NVP@C-W-7(f)(f)NVP@C-E-7高弯曲海绵状孔结构电极中受限的钠离子传输使得钠离子的嵌入/脱出反应完全受多物理场耦合的理论模型构建及各物理场分布特性研究Q/molms(a)j/mAQ/molms(a)j/mAcm(c)ŋ/mV(d)(e)离子通量(g)(h)交换电流密度过电位c/molm(b)(f)液相离子浓度集流体附近受到抑制；在确定的充放电电压区间内的充电比容量低弯曲度指状孔结构充分的利用了电极内部的活性物质（尤其是集流体附近确保了高研究背景磷酸盐基钠离子电池基础研究进展磷酸盐基钠离子电池工程化研究进展下一步发展重点实现了关键材料和电芯器件的中试放大自主研发的钠离子电池用关键材料和电芯产品磷酸盐正极材料（3-5kg级）5.7Ah氟磷酸钒钠-硬碳软包5.2Ah磷酸钒钠正Na3V2(PO4)3基钠离子电池电芯、系统集成、应用示范5Ah钠离子软包电池5Ah软包电池的三方检测报告应用场景：启停电源、低温冷启动、电动工具等Na3V2(PO4)2F3基高比能量、高比功率钠离子电池电芯应用场景：启停电源、轻型电动车、用户侧储能等5.7Ah级Na3V2(PO4)2F3-HC电芯比能量>143Wh/kg，可实现<6min快充，针刺无冒烟和起火下一步发展规划从实用化角度探索新