普鲁士蓝正极材料的离子交换法制备及电化学储钾性能

采用氯化钾(KCl)和钠基普鲁士蓝(NPB)材料Na2-xMn[Fe(CN)6]z·yH2O为原料,通过离子交换法制备了掺钠钾基普鲁士蓝(NKPB)材料K1.9Na0.1Mn[Fe(CN)6]·0.4H2O。电化学测试表明,与用传统共沉淀法制备的钾基普鲁士蓝(KPB)材料K1.85Mn[Fe(CN)6]0.98□0.02·0.7H2O(□代表[Fe(CN)6]空位)相比,采用离子交换法制备的NKPB具有更高的容量(0.1C首次放电容量达136.3 mAh·g^-1)、较好的循环稳定性(0.5C经过100次循环,容量保持率为96.1%)和优异的倍率性能(5C和10C容量分别为87.6和68.4 mAh·g^-1)。NKPB优异的电化学性能与其高的钾含量、完整的晶体结构、钠离子掺杂、纳米级的颗粒尺寸,以及独特的开放框架结构有关。

用于钠离子正极的锰基普鲁士蓝材料的制备及其性能

钠离子电池由于具有安全、价廉、资源丰富等优点,在大规模储能中具有重要的应用前景。普鲁士蓝类似物具有稳定、开放的框架结构,是非常有前景的正极材料。尽管如此,合成高性能的普鲁士蓝类正极材料仍面临较大挑战,其中之一是普鲁士蓝类似物一般含有较高的结晶水含量,影响材料的电化学性能。通过将极片在高真空下干燥,可有效脱除普鲁士材料中的结晶水。相对于普通真空干燥的电极,高真空干燥的电极显示出较高的容量,单一的充放电平台,较好的循环性能。在0.1C时,高真空干燥电极的首次放电容量达到139.0 mAh·g^(-1),在0.5C下经过200次循环,容量保持在107.1mAh·g^(-1)。此外,高真空干燥电极显示出优异的倍率性能,在10 C时,材料仍具有111.7mAh·g^(-1)的容量。

铁基普鲁士蓝正极材料的宏量制备及电化学储钠性能

以柠檬酸钠作为配位剂,采用共沉淀法,在室温下制备了铁基普鲁士蓝材料(FePB)。当使用20 L容积的反应釜,并将前驱体亚铁氰化钠(Na_(4)[Fe(CN)_(6)])的浓度提高至0.5 mol·L^(-1)时,制备一次可实现高达500 g的产量。电化学测试显示,所得FePB材料具有较高的容量、优异的倍率性能和良好的循环寿命。在0.1C时,该材料首次放电比容量可达到117 mAh·g^(-1),在10C的大电流密度下,比容量仍可保持在92 mAh·g^(-1)。在1C电流密度下,经过500次循环,比容量仍保持在87 mAh·g^(-1),容量保持率达到89%。以商业硬碳为负极,以FePB为正极,制作了软包钠离子全电池。该软包电池在50 mA的电流下,经过400次循环可实现75%的容量保持率。FePB材料优异的电化学性能与其较高的钠含量、低的缺陷、多边界的微观结构以及普鲁士蓝类材料独特的开放框架结构有关。