《普魯士藍類鈉離子電池正極材料套用基礎研究》是依託上海交通大學，由廖小珍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：普魯士藍類鈉離子電池正極材料套用基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：廖小珍
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
開發高性能電極材料是發展鈉離子電池的關鍵。普魯士藍類儲鈉材料以其特有開框架結構和優秀的嵌脫鈉能力備受關注。該類材料目前仍處於實驗室研究階段，其實際套用仍面臨諸多挑戰。材料長期充放電循環過程晶格結構變化特徵、鈉離子輸運能力、晶格中絡合水的影響、電極界面過程本質和電池熱穩定性等都有待進一步深入研究。在前期研究基礎上，本項目將深入研究普魯士藍類材料框架結構中金屬離子對材料電化學性質的影響本質，研究製備條件對晶格結構中鈉含量和絡合水含量的影響，以及絡合水的存在對材料充放電性能的影響。揭示鈉離子傳遞過程涉及的界面問題，研究界面膜的形成及其對電池性能的影響。在上述研究基礎上最佳化普魯士藍類材料的組成，製備富鈉普魯士藍類似物/還原氧化石墨烯高性能複合儲鈉材料。最佳化電極配方，以硬碳為負極製備軟包鈉離子電池，對電池的電化學性能和熱穩定性進行研究。本項目的完成將有利於推動普魯士藍類材料在鈉離子電池中的套用。
結題摘要
普魯士藍類材料具有開框架結構合適鈉離子的快速嵌入和脫出，是較有潛力的鈉離子電池正極材料。本課題開發了多種合成高性能普魯士藍類儲鈉材料的新工藝，並對材料嵌脫鈉機制進行深入研究，對影響材料長期循環穩定性的因素進行分析，並提出相應的改性措施，取得很好的研究成果。（一）通常普魯士藍類材料晶格中的配位水難以除去，材料循環穩定性差。本項目首次引入氧化石墨烯與材料共熱處理，通過誘發配位水相連的Fe原子得失電子從而去除晶格中的配位水的方法，成功消除絡合水，所得普魯士藍/還原氧化石墨烯複合材料表現出優秀電化學性能。本研究成果為常規普魯士藍類材料消除絡合水和提高導電性提供了有效的途徑。 （二）通過溶液沉澱法對Na1.6Mn[Fe(CN)6]0.9（PBM）材料表面包覆Na3(VOPO4)2F（NVOPF），大大改善循環穩定性。PBM @ NVOPF電極材料的放電比容量為101.5 mAh g-1（1 C）和91.4 mAh g-1（10 C），在常溫進行1 C倍率500次充放電循環後，容量保持率為84.3%。它還在高溫下表現出色的循環穩定性，在55℃下進行1 C倍率充放電的初始放電比容量為109.5 mAh g-1，經過200次循環後的容量保持率為78.8%，較未包覆材料有顯著提高。（三）使用EDTA-MnNa2螯合物和Na4Fe(CN)6作為原料，開發了一種高度結晶的Na1.92Mn[Fe(CN)6]0.98（H-PBM）顆粒的微米級晶體生長方法。製備的H-PBM微立方晶體具有3-5 μm的常規粒徑，顯示出完美的晶體結構，具有出色的倍率性能，其可逆容量為152.8 mAh g−1 (10 mA g−1)，110.3 mAh g−1 (1000 mA g−1)。它還具有良好的循環性能。具有高度可逆的“單斜-立方-單斜”晶體結構演變。（四）採用簡單機械球磨法，以除水後的Na4Fe(CN)6和Fe4[Fe(CN)6]3為原料，合成了面心立方結構NaFeFe(CN)6。產物經過熱處理提高結晶性後，具有很高的放電比容量，在5 mA/g(0.05C)電流密度下充放電比容量分別為119.4 mAh g-1和153.6 mAh g-1。在100 mA/g(1C)的大電流密度下的初始放電比容量為96.8 mAh g-1，經過1000圈的循環後容量保持率為61.3%，具有優異的循環穩定性。
