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磷基钠离子电池正、负极材料的制备与性能研究

摘要

随着新能源汽车、电子设备以及储能器件的大力发展，锂昂贵的成本严重限制了锂

离子电池（LithiumIonBattery，LIBs）大规模的应用。在这种背景下，与LIBs具有相似

存储机理与电池体系的钠离子电池（SodiumIonBattery，SIBs），可能成为LIBs潜在的

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替代者之一。然而，由于Na相对于Li更大的原子半径，导致SIBs正负极材料存在反

应动力学较差、体积膨胀严重等问题，限制了SIBs的大规模应用。因此，开发能量密度

更高、材料结构稳定性更好、反应动力学快的电极材料成为了一种必然的选择。

本文以磷基钠离子电池正、负极材料为切入点，以构建高性能钠离子电池为目标，

设计制备了高容量型磷化铁负极材料和高电压型氟磷酸盐正极复合材料，研究了它们在

钠离子电池中的电化学性能与机制。具体研究结果如下：

（1）以铁基金属有机框架（Fe-MOFs）为前驱体，采用植酸与聚乙烯吡咯烷酮处理

为刻蚀保护剂，通过高温辅助磷化，制备了氮掺杂碳封装磷化铁纳米棒复合材料

（FeP@NC）。测试结果表明，制备的FeP@NC材料具有氮掺杂碳层封装FeP纳米颗

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粒的棒状形貌结构特征。碳层封装FeP纳米颗粒的棒状结构不仅有利于维持材料的结

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构稳定性，而且提升了材料的电导率和动力学性能。因此，FeP@NC在钠离子电池测试

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中表现出良好的倍率性能和循环稳定性，在2.0Ag-1电流密度下，500次循环后，可逆

容量仍有272mAhg-1。

（2）以葡萄糖为碳源，成功制备出具有核壳结构纳米球形貌的NaV(PO)F@C

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复合材料（NVPF@C）。得益于高导电性和结构稳定的表面碳层，NVPF@C在钠离子电

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池中表现出良好的倍率性能和循环稳定性，在电流密度0.2C（1C128mAg）下循

环100次后，比容量仍可维持在73.6mAhg-1，而在10C大电流密度下可以循环1000

次后性能明显优于NVPF纳米球。此外，NVPF@C在各项动力学测试中，展现出更好

的动力学性能。

关键词：钠离子电池；磷化铁；碳复合材料；氟磷酸钒钠；电化学性能

磷基钠离子电池正、负极材料的制备与性能研究

Abstract

Withthevigorousdevelopmentofnewenergyvehicles,electronicdevices,andenergy

storagedevices,theexpensivepriceoflithiumhasaffectedthelarge-scaleapplicationofLIBs.

UnderthisbackgroundoftheSIBs,whichhavesimilarstoragemechanismsandsystemsto

LIBs,arelikelytobecomeoneofthepotentialsubstitutesforLIBs.However,duetothelarger

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atomicradius