摘要
聚阴离子型材料磷酸钒钠开放的三维（3D）框架能够为钠离子提供良好的离子扩散通道，但其固有的本征低电子电导率使得材料的电子传输能力较差。为推进材料的进一步应用，常采取一系列改性措施以提升材料的电子电导率。本文以磷酸钒钠材料为研究对象，系统地探究了磷酸钒钠/碳（NVP/C）材料制备过程的工艺条件，并对材料进行双碳包覆和形貌修饰，得到了性能优良的NVP/C材料。 采用球磨辅助碳热还原法，进行了磷酸钒钠/碳复合材料工艺参数的优化，确定最佳烧结参数为800℃、8h，该条件下制备的材料颗粒大小均一，粒径分布集中，碳含量较高且包覆良好，电化学性能最佳。对三种钠源（乙酸钠、碳酸钠、柠檬酸钠）进行了筛选分析，发现以碳酸钠为钠源制备的材料在1C下循环500圈，容量保持率为89.6%，低倍率循环稳定性最佳，且原料成本较低。采用回转式旋转炉对优化后的制备工艺进行放大实验，放大后制备材料的结构及电化学性能均与实验室制备的材料一致，说明该制备工艺具有良好的适应性。 为提高磷酸钒钠材料的大倍率性能，采用三种含氮碳源结合柠檬酸对材料进行了双包覆改性研究。研究发现，三种含氮碳源均可以有效提升材料的循环稳定性及倍率性能，其中以三聚氰胺为碳源制备得到的材料电化学性能提升最显著，在10C大倍率下循环300圈，材料可实现87.0mAhg-1的可逆容量，具有92.1%的容量保持率。在30C的大倍率下，材料可以放出85.6mAhg-1的比容量，改性后磷酸钒钠材料的大倍率性能得到了有效提升。 为进一步提升磷酸钒钠材料的整体电化学性能，研究了无水乙醇和去离子水两种分散介质对材料形貌的影响。研究发现，采用无水乙醇为分散介质制备得到了具有扁平多孔形貌的乙醇-磷酸钒钠/碳（E-NVP/C）材料。扁平多孔材料具有更大的比表面积，有利于电解液的渗透，从而提升了钠离子的迁移速率。以乙酸钠（S1）和碳酸钠（S2）为钠源制备得到的E-NVP/C材料电化学性能均优于去离子水-磷酸钒钠/碳（H-NVP/C）材料。电化学性能方面，E-NVP/C材料充放电时，电压平台更窄，具有更小的电化学极化。1C循环500圈，E-NVP/C-S1的放电比容量为103.7mAhg-1，容量保持率为94.8%；E-NVP/C-S2的放电比容量为98.5mAhg-1，容量保持率为95.5%。10C循环400圈，E-NVP/C-S1、S2材料的容量保持率分别为95.2%和93.4%，高于H-NVP/C-S1、S2材料的86.4%和83.8%，说明E-NVP/C材料在大倍率下具有优异的循环稳定性。
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