铁基普鲁士蓝正极材料的制备及储钠性能的研究

用简单的共沉淀法合成铁基普鲁士蓝正极材料,并研究合成温度对材料微观形貌和储钠性能的影响。研究结果显示,随着合成温度的提高,产物颗粒尺寸变大,钠含量增加。FeHCF-40℃电极材料,在30 mA/g电流密度下,首次放电比容量为132.3 mAh/g,循环100次后,放电比容量仍有102.4 mAh/g,容量保持率为77.4%;且当电流密度增大到1 500 mA/g时,仍可实现80.3 mAh/g的比容量,显示出优异的倍率性能和循环性能。

络合剂对铁基普鲁士蓝结构及储钠性能的影响

以普鲁士蓝及其衍生物为代表的新型储能材料,具有开放的框架结构,有利于钠离子的存储及快速迁移,作为钠离子电池正极材料具有很好的应用前景。其中,铁基普鲁士蓝材料由于资源丰富、制备过程简单、比容量高等优点,备受关注。普鲁士蓝的晶体结构对其电化学性能影响较大,特别是晶体中的钠含量、空位数量和结晶水含量。通过调整合成工艺参数,可以控制普鲁士蓝的晶体结构形式和组成。采用简单的共沉淀法,在制备过程中添加络合剂柠檬酸三钠,合成了富钠型铁基普鲁士蓝钠离子电池正极材料。借助X射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微技术(SEM)、热重分析(TG)和电化学表征技术等测试方法分析了柠檬酸三钠络合剂在晶体结构形成中的作用,以及对材料电化学性能的影响。结果表明,添加络合剂制备出的铁基普鲁士蓝材料为单斜相,颗粒呈立方体状,结晶性和分散性良好,尺寸约400 nm。未添加络合剂的材料表现为立方相,颗粒为圆形,尺寸约150 nm,颗粒相互粘连出现明显团聚。单斜相样品具有钠含量高、水含量少的特征。用作钠离子电池正极材料,单斜相电极材料表现出更高的可逆比容量及更优异的循环性能和倍率性能。在30 mA/g的电流密度下,电极首次放电比容量为129.9 mA·h/g,库仑效率高达99.5%,循环100次后,容量保持率为75.7%。800 mA/g电流密度下的可逆比容量可达到45.3 mA·h/g。循环伏安测试和交流阻抗测试结果显示,单斜相电极材料相比于立方相电极材料具有更快的电化学反应动力学过程。文章还讨论了柠檬酸三钠络合剂在普鲁士蓝颗粒成核和生长过程中的作用机理。