双碳包覆磷酸钒钠的铋离子掺杂改性研究：提升钠离子电池阴极材料的循环稳定性与倍率性能

　　本研究针对钠离子电池阴极材料Na3 V2 (PO4 )3 （NVP）导电性差、循环稳定性不足的问题，通过溶胶-凝胶法设计双碳包覆（LAA/rGO）及铋离子掺杂协同改性策略。结果表明，NVP@CLAA @rGO/Bi0.06 在0.1C下初始放电容量达118.2 mAh·g?1 ，10C倍率下500次循环容量保持率91.3%，为高性能钠电材料开发提供新思路。

　　

随着化石能源枯竭与环境问题加剧，钠离子电池（SIBs）因资源丰富和成本优势成为储能领域的研究热点。然而，其核心阴极材料Na₃
V₂
(PO₄
)₃
（NVP）虽具高理论容量，却受限于电子导电性差导致的循环寿命短、高倍率性能不足，严重制约实际应用。针对这一瓶颈，西南交通大学的研究团队创新性地提出双碳包覆与铋离子（Bi³⁺
）掺杂协同改性策略，相关成果发表于《Journal of Energy Storage》。

研究采用溶胶-凝胶法，以L-抗坏血酸（LAA）和还原氧化石墨烯（rGO）构建双碳包覆层，同时通过Bi³⁺
部分取代钒位点，制备出NVP@C_LAA
@rGO/Bi_x
系列材料。关键技术包括：X射线衍射（XRD）和拉曼光谱分析晶体结构，扫描电镜（SEM）观察形貌，X射线光电子能谱（XPS）验证元素价态，以及恒电流充放电测试电化学性能。

结果部分

1. 材料制备与表征：通过控制V/Bi原子比（1.94:0.06）成功合成掺杂材料，XRD证实Bi掺杂未改变NVP的NASICON晶体结构，SEM显示双碳层均匀包覆形成三维导电网络。
2. 电化学性能：CV曲线显示所有材料在3.2V/3.6V处呈现单一氧化还原峰，Bi_0.06
   样品峰面积最大且电位差最小（0.32V），表明其可逆性最佳。恒流测试中，NVP@C_LAA
   @rGO/Bi_0.06
   在0.1C下容量达118.2 mAh·g^?1
   ，较未掺杂样品提升2.4%；10C高倍率下容量保持83.6 mAh·g^?1
   ，500次循环后容量衰减仅8.7%。
3. 机理分析：EDS映射证实Bi元素均匀分布，XPS揭示Bi³⁺
   掺杂优化了V³⁺
   /V⁴⁺
   氧化还原对的电子传输，而双碳层协同抑制了电极极化。

结论与意义
该研究通过“双碳包覆+离子掺杂”双重改性，显著提升了NVP材料的导电性与结构稳定性。最优样品NVP@C_LAA
@rGO/Bi_0.06
展现出创纪录的循环性能（0.5C下100次循环容量保持率96.1%），其机理在于：Bi³⁺
拓宽了Na⁺
扩散通道，而rGO与LAA衍生的碳层构建了分级导电网络。这一成果不仅为高性能SIBs阴极材料设计提供了新范式，更推动了钠电技术向大规模储能应用的迈进。