北京理工大学在钠离子电池领域开展了一系列行动,取得了诸多成果,具体如下:
1. 科研成果方面
负极材料研究突破1:
创新性硅负极材料:材料学院白莹教授研究小组通过电化学重构方法将无储钠活性的晶体硅材料改性为多级梯度有序硅(MGO – Si)负极材料。这种材料具有独特的梯度有序结构,由表面短程有序非晶结构、过渡中程有序膨胀晶格和内部长程有序晶核组成。非晶相可吸附 Na⁺,膨胀晶格有有利的 Na – Si 相互作用及快速的 Na⁺扩散通道,晶相利于稳定电极结构。该材料在 50 mA g⁻¹ 下循环 120 周后可逆比容量高达 352.7 mAh g⁻¹,在 500 mA g⁻¹ 循环 4000 周的容量保持率高达 95.2%,呈现出目前钠离子电池纯硅负极中比容量最高与稳定性最佳的电化学性能。
硬碳负极材料性能优化:李雨副研究员、吴川教授、白莹教授团队创新提出电极对电解液分解的催化效应,通过精准嫁接 C = O 羰基重构硬碳表面,实现硬碳负极表界面性质优化。优化后的硬碳负极的首效提高至 93.2%,储钠的可逆比容量达到 379.6 mAh g⁻¹,在 0.05 A g⁻¹ 循环 500 周的容量保持率高达 95.4%,在 5 A g⁻¹ 大电流循环 10000 周的每周容量衰减率仅为 0.0018%,展现出优异的循环稳定性。
正极材料研究进展3:
锰基磷酸盐钠离子正极:赵永杰、李磊等通过计算预测并成功合成了一种高性能 NASICON 型锰基磷酸盐钠离子正极 Na₃MnHF (PO₄)₃。该正极的 Na⁺储存机制包括相关的固溶反应和双相反应,在 Na⁺提取 / 插入过程中框架坚固,体积变化很小,仅为 1.9%,抑制了不利的 Jahn – Teller 效应。其在 0.1C 时的可逆容量为 90 mAh g⁻¹,并具有优异的倍率能力(在 10C 下的 2500 次循环后的容量保持率为 85.4%)。
硫属化合物负极研究成果5:
化学与化工学院曹敏花教授团队通过应力工程策略调控过渡金属硫属化合物(MX₂,M = Mo,V,W,Re;X = S,Se)的储钠机理。以 MoSe₂负极为研究对象,利用 2 – 甲基咪唑的配位效应,合成了拉伸应力的 MoSe₂(TS – MoSe₂),使其经历一个可逆的钠存储机理,并最终表现出优异的储钠性能。
宽温域钠离子电池研究2:
材料学院吴锋院士团队对宽温域钠离子电池进行综述研究,聚焦于电极材料和电解质体系,系统探究了温度对关键参数的影响。综述了宽温域钠离子电池的发展历程,深入剖析了温度变化与电池性能之间的关联;系统总结了针对低温和高温环境设计的电解质和电极材料的最新研究进展,并对宽温域钠离子电池的未来发展前景进行了展望。
2. 人才培养与竞赛方面
学生竞赛获奖:2018 年 12 月 8 日至 9 日,在第八届广东大学生材料创新大赛中,北京理工大学材料学院海 “钠” 百川代表队凭借 “钠离子电池普鲁士蓝类正极材料的研发” 项目取得无机非金属赛区分决赛一等奖,总决赛二等奖的优异成绩6。
3. 材料制备技术突破方面
正极材料低成本快速制备4:
在正极侧,创新性地筛选并引入具有特定基团的添加剂,在低温液相体系里首次实现了兼具高结晶度和高性能的氟磷酸钒钠正极材料的可控快速制备。制备流程仅需数小时,且无需后续陈化处理和高温烧结步骤,显著降低了材料制备成本和设备能耗。