2021年，中国储能产业迎来了“春风”。国家发展改革委、国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》指出，抽水蓄能和新型储能是支撑新型电力系统的重要技术和基础装备。 

　　在今后以新能源为主的中国新型电力系统中，新型储能将占有重要的一席之地。同时，随着智能手机、电动车和电动工具等电子商品的普及，铅酸电池、锂离子电池和钠离子电池等二次电池技术受到关注。但是，受锂资源储量和地域分布的限制，锂基化学制品的价格一直上涨，无法满足国内日益增长的储能需求，自然也影响到储能产业的发展。 

　　钠离子电池的原料丰富、价格低廉，而且能与锂离子电池技术高度兼容，目前已经成为下一代大规模储能系统中最有潜力的电池技术之一。其中，钠离子电池的安全环保优势尤其突出，在我国大规模储能领域的未来应用前景十分广阔。 

　　近日，中国科学院过程工程研究所绿色化工研究部研究员赵君梅团队与四川大学磷基功能材料与新能源实验室、中科院物理研究所清洁能源团队合作，在钠离子电池聚阴离子磷酸盐正极的组成设计和性能优化方面取得进展，开发出具备长循环稳定性、高能量密度和低原料成本的富钠- 低钒新型磷酸盐正极材料，对钠离子电池规模化应用具有重要意义。相关研究成果发表在ACS Energy Letters上。 

　　赵君梅团队在早先研究中发现，含钒的磷酸钠盐是钠离子电池中极有应用潜能的正极材料，具有钠离子传输快、体积应变小、结构稳定等特点。团队致力于聚阴离子型磷酸盐化合物研究，部分磷酸盐产品已实现公斤级放大，集成的商业级26650圆柱电池证实了其高功率和长循环特性。为进一步降低成本，科研团队开发了三元磷酸盐正极——Na₄VFe_0.5Mn_0.5（PO₄）₃（Adv. Energy Mater. 2021, 2100729）。 

　　在此前成果的基础上，研究团队又研发出系列富钠- 低钒的磷酸盐正极材料磷酸钒铝锰钠Na_4.0V_0.8Al_0.2Mn_1.0（PO₄）₃ 和Na_4.2V_0.6Al_0.2Mn_1.2（PO₄）₃掺杂的铝取代钒，使得原本钒含量高的材料成本降低。比如磷酸钒铝锰钠（Na4.0）的成本，较磷酸钒钠（Na3V2）和磷酸钒锰钠（Na4VMn）分别下降了44%和10%左右。 

　　理论计算结果也表明，引入铝后形成了较强的离子- 共价键，可以有效抑制材料中由于锰的存在而引起的姜泰勒结构扭曲。即使在高度充电状态下，材料仍展示出对称的正八面体结构。DFT计算表明，铝掺杂的材料相比于未掺杂的磷酸锰钒钠，具有更宽的三维离子扩散通道，Na+扩散势垒明显降低，展示了优异的动力学性能。 

　　因此，含铝的磷酸钒锰钠的倍率和长循环性能得以显著提升。如在40 C的高倍率下，磷酸钒铝锰钠（Na4.0）正极可获得84mA hg^-1 的可逆容量，而磷酸钒锰钠的容量仅有62mA hg^-1；在5 C下循环1000周后，磷酸钒铝锰钠（Na4.0）可实现超过92%的容量保持率，达到磷酸钒锰钠容量保持率的近2倍。 

　　由于锰在材料中的比重较大，材料的电压平台高，具备了较高的能量密度。如磷酸钒铝锰钠（Na4.0）和磷酸钒铝锰钠（Na4.2）的全电池能量密度可分别达到232Wh kg^-1和224Wh kg^-1，优于以往文献报道中的多数聚阴离子正极的全电池数据研究成果发表于ACS Energy Letters，7，97-107，2021。 

　　研究工作得到内蒙古自治区科技计划项目、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项、中科院洁净能源创新院合作基金项目及中科院绿色过程制造创新研究院的支持。