高容量铬氧化物Cr_(8)O_(21)锂一次电池正极材料的制备与性能

本工作以CrO_(3)前体为原料,采用高温固相法制备高性能的Cr_(8)O_(21)材料,探究了热解温度对Cr_(8)O_(21)性能的影响,并详细分析Cr_(8)O_(21)的首次放电机理。借助X射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微技术(SEM)、X射线光电子能谱分析技术(XPS)和电化学技术等表征测试手段,对比分析了不同热解温度下制得的样品结晶度、形貌和电化学性能,并阐明了放电机理。结果表明,热解温度270℃下制备的Cr_(8)O_(21)样品结晶度最高、放电性能优异。在0.05 mA/cm^(2)下放电比容量达到419 mAh/g,平均电压2.99 V;在1.0 mA/cm^(2)下放电比容量达到315 mAh/g,平均电压2.82 V;容量保持率75.11%,电化学性能高于其他温度下制得的Cr_(8)O_(21)样品。热解温度低于270℃,CrO_(3)前体反应不充分;热解温度高于270℃,会生成杂相。XPS结果显示,Cr_(8)O_(21)中Cr元素只含+3价和+6价,不存在其他价态。Cr_(8)O_(21)首次放电机理为:从3.5 V放电至3.0 V,为锂离子嵌入Cr_(8)O_(21)内部的过程;从3.0 V放电至结束,为锂离子与Cr_(8)O_(21)反应生成LiCrO_(2)和高度不可逆的Li_(2)O的过程。本研究有助于推动高容量的Cr_(8)O_(21)材料在锂一次电池领域的应用,为高比能一次电池技术的研发提供实验依据。