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锂离子电池已经广泛应用于便携式电子设备和电动汽车领域,然而锂资源匮乏却严重限制了它在大规模储能领域的应用。钾离子电池由于资源储量丰富,氧化还原电位低等优点被认为是能够替代锂离子电池在大规模储能中应用的电池新体系。然而,钾离子较大的离子半径会导致正极材料倍率性能不佳,循环稳定性差,因此寻找合适的正极材料成为钾离子电池发展的关键。层状过渡金属锰基正极材料易制备且环境友好被认为是最为理想的钾离子电池正极材料。本论文针对锰基材料在充放电过程中易发生的Jahn-Teller效应及高电压区域不可逆的相转变等问题展开研究,利用Ni、Co双元素取代与形貌调控的双重手段制备层状KxNiyCozMn1-y-zO2材料。具体内容如下:
采用共沉淀法制备三元层状正极材料K0.5Ni0.15Co0.15Mn0.7O2,通过引入Ni、Co双元素降低材料中的Jahn-Teller效应并提高材料的结构稳定性从而改善材料的电化学性能,在40mA g-1电流密度下,首周可逆比容量为67.3mAh g-1,循环100周后,容量保持率可以达到65.2%。
采用草酸辅助沉淀法制备出材料K0.5Ni0.15Co0.15Mn0.7O2,该材料具有分散均匀,无团聚的的纳米初级颗粒微观形貌,从而可以缩短K+扩散迁移路径,降低扩散阻力。得益于形貌和Ni、Co元素的引入,该材料表现出更优异的性能,在40mA g-1电流密度下,首周可逆比容量提高到74.5mAh g-1,循环100周后,容量保持率提高到73%。
采用溶剂热方法制备出具有微立方体和微球体混合形貌的材料K0.48Ni0.2Co0.2Mn0.6O2,特殊的形貌可以缩短K+扩散迁移路径,降低扩散阻力使材料的循环稳定性提升。在40mA g-1电流密度下循环150周,容量保持率达到76.2%;400mA g-1电流密度下循环350周,容量保持率达到71%,相当于每周仅损失0.083%的容量。
本论文旨在研究不同制备方法制备层状正极材料的结构形貌及电化学性能的差异,理解具备循环稳定性优良的电极材料的结构形貌特点,为钾离子电池电极材料的设计与应用提供数据参考。
采用共沉淀法制备三元层状正极材料K0.5Ni0.15Co0.15Mn0.7O2,通过引入Ni、Co双元素降低材料中的Jahn-Teller效应并提高材料的结构稳定性从而改善材料的电化学性能,在40mA g-1电流密度下,首周可逆比容量为67.3mAh g-1,循环100周后,容量保持率可以达到65.2%。
采用草酸辅助沉淀法制备出材料K0.5Ni0.15Co0.15Mn0.7O2,该材料具有分散均匀,无团聚的的纳米初级颗粒微观形貌,从而可以缩短K+扩散迁移路径,降低扩散阻力。得益于形貌和Ni、Co元素的引入,该材料表现出更优异的性能,在40mA g-1电流密度下,首周可逆比容量提高到74.5mAh g-1,循环100周后,容量保持率提高到73%。
采用溶剂热方法制备出具有微立方体和微球体混合形貌的材料K0.48Ni0.2Co0.2Mn0.6O2,特殊的形貌可以缩短K+扩散迁移路径,降低扩散阻力使材料的循环稳定性提升。在40mA g-1电流密度下循环150周,容量保持率达到76.2%;400mA g-1电流密度下循环350周,容量保持率达到71%,相当于每周仅损失0.083%的容量。
本论文旨在研究不同制备方法制备层状正极材料的结构形貌及电化学性能的差异,理解具备循环稳定性优良的电极材料的结构形貌特点,为钾离子电池电极材料的设计与应用提供数据参考。