2024年4月9日发(作者:忻晨希)
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doi:10.16597/j.cnki.issn.1002154x.2021.02.002
第35卷第
2期
Vol.35,No.2
22021,Vol.35,No.
化工时刊
ChemicalIndustryTimes
2021年
2月
Feb.2021
科技进展
溶胶-凝胶法合成钾离子电池
K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C正极材料
(1.淮北师范大学化学与材料科学学院,安徽淮北235000;2.淮北师范大学信息学院,安徽淮北235000)
摘 要 以柠檬酸为螯合剂和碳源,碳酸钾、偏钒酸铵和磷酸二氢铵为原料,通过溶胶-凝胶法合成K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C
复合材料。研究材料的晶体结构、形貌微结构和电化学性能。结果表明,材料具有良好的结晶性,颗粒尺寸约0.2~
现出良好的倍率性能和循环稳定性。
1.4μm。作为钾离子电池正极材料,K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C在20mA·g
-1
电流密度下的放电比容量达到56mAh·g
-1
,并表
关键词 钾离子电池 磷酸钒钾 正极材料
中图分类号:TQ152 文献标识码:A
刘 壮
1
李娇娇
1
汪燕鸣
1,2
王飞
1,2∗
Sol-gelSynthesisofK
3
V
2
(PO
4
)
3
/CCathodeMaterialfor
PotassiumIonBatteries
(ofChemistryandMaterialsScience,HuaibeiNormalUniversity,AnhuiHuaibei235000;
ationCollege,HuaibeiNormalUniversity,AnhuiHuaibei235000)
LiuZhuang
1
LiJiaojiao
1
WangYanming
1,2
WangFei
1,2∗
chelatingagentandcarbonsource.K
2
CO
3
,NH
4
VO
3
andNH
4
H
2
PO
4
stal
indicatethatthecompositehasagoodcrystallinitywiththeparticlesizeof0.2~1.4μedasthecathode
20mA·g
-1
anddisplaysgoodratecapabilityandcyclingstability.
锂离子电池由于具有高的能量密度已在动力电
池和储能领域得到广泛的应用。然而,锂在自然界的
储量不高,导致锂离子电池的成本逐渐升高,限制了
其大规模应用。与锂具有相似的物理化学性质的钠
储量丰富,开发钠离子电池以替换锂离子电池引起了
研究者的广泛关注
[1]
。相比钠而言,钾的储量同样
收稿日期:20201228
基金项目:安徽高校自然科学研究项目(KJ2018ZD058);安徽省自然科学基金资助项目(2008085MB34)
Abstract K
3
V
2
(PO
4
)
3
/Ccompositematerialwassynthesizedviaasol-gelmethodbyusingcitricacidas
structure,morphology,microstructure,ults
materialforpotassium-ionbatteries,K
3
V
2
(PO
4
)
3
/Cdeliversaspecificdischargecapacityof56mAh·g
-1
at
Keywords potassiumionbatteries K
3
V
2
(PO
4
)
3
cathodematerial
丰富,且钾的氧化还原电势比钠更接近于锂;因此,钾
离子电池比钠离子电池可提供更高的能量密度。此
外,由于K
+
的Lewis酸度比Li
+
和Na
+
更小,其溶剂
化离子半径更小,因此在液态电解质中扩散速度更
快,从而使钾离子电池具有更高的功率密度
[2]
。因
此,开发钾离子电池对于动力和储能电池的发展具有
作者简介:刘壮(1995—),男,硕士研究生,研究方向:新能源材料;通讯作者:王飞(1981—),男,副教授,研究方向:新能源材料,E-mail:
wangfeichem@。
—4—
刘 壮等.溶胶-凝胶法合成钾离子电池K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C正极材料
2021,Vol.35,No.2
重要的意义。
目前,硬碳、金属氧化物(Co
属硫化物(MoS
3
2
、FeS
2
、SnS
2
)、
O
4
钛
、SnO
基
2
材
、MoO
料(
2
)、
KTi
金
(PO
2
取得了较好的效果
4
)
3
、K
2
Ti
8
O
17
)等被研究应用于钾离子电池负极
[36]
,
在普鲁士蓝
CoO
等
[711]
)和磷酸
、金属氧化物
。正极材料的研究主要集中
盐(KVPO
(K
KVOPO
0.69
CrO
2
、K
0.5
MnO
2
、K
0.6
24
F、
4
、K
3
V
2
(PO
4
)
3
)
表现出
。
更
相比氧化物类正极材料
高的结构稳定性和
,
热
聚阴离子型磷酸盐
K
稳定性。其中,
种非常具有潜力的钾离子电池正极材料
3
V
2
(PO
4
)
3
具有较高的操作电压和理论容量,是一
[12]
磷酸盐类材料极低的电子电导率限制了其电化学活
。然而,
性的发挥。本文以柠檬酸为螯合剂和碳源,通过溶胶
的电子导电性
-凝胶法制备导电碳复合的
,研究材料的晶体结构
K
3
V
2
(PO
、
4
微观形貌和电
)
3
以提高材料
化学性能。
1 实验
1.1 材料合成
C
在烧杯中加入40mL去离子水和9.3mmol
5
6
mmol
H
8
O
7
·H
NH
2
4
VO
O,
3
搅拌溶解并加热至
,待其完全溶解后再加入
60℃;
3.
然后加入
K
2
CO
3
和7.5molNH
4
H
75mmol
续搅拌。待水分蒸发后溶胶变成凝胶
2
PO
4
,并将温度升至
,将凝胶转移到
80℃持
刚玉舟内,在干燥箱中80℃下干燥10h。将凝胶前
驱体放入管式电阻炉中于Ar气氛下380℃加热4h,
800
待冷却至室温
℃下煅烧10
,取出研磨
h,自然冷却后得到
,再次放入管式电阻炉中
复合材料。
K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C
1.2 材料表征
ADVANCE
使用X-射线衍射仪(XRD,BrukerD8/
显微镜
(TEM,JEOL
(SEM,
型)分析材料的晶体结构
Phenom-ProX
。采用扫描电子
构。采用元素分析仪
JEM-2100F
(Elementar
型
型
)分析材料的形貌微结
)和透射电子显微镜
Microcube型)测试
复合材料中的碳含量。
1.3 电化学性能测试
在充满氩气的手套箱中组装CR2016型纽扣电
池测试K
钾片为对电极
3
V
2
(PO
4
)
3
/C复合材料的电化学性能,金属
70
0.8
wt%
MKPF
K
6
3
V
2
(PO
/EC
,Whatman
4
+
)
3
DEC
GF
/C、20
(v
/
wt%
∶
D
v
玻璃纤维膜为隔膜
导电碳和
=1∶1)为
10
电
wt%
解液
聚
,
,
偏氟乙烯粘结剂涂覆在12mm铝箔上作为工作电
极。恒流充放电测试在LANHE电池测试系统上进
行
CHI650C
,截止电压范围为2.0~4.6V。循环伏安测试在
2
s
-1
。
结果与讨论
所有测试均在
电化学工作站上进行
25℃恒温箱中进行
,扫速为
。
0.1mV·
图1为通过溶胶-凝胶法合成的K
C
3
V
2
(PO
4
)
3
/
的其他
复合材料的
方法制
XRD
备的
图
K
。
3
V
图谱中的衍射峰与文献报道
2
(PO
4
)
3
晶体衍射图谱相
似
[2]
表明
,
合
但无法对应
成的K
3
V
JCPDS
2
(PO
4
数据库中的已知相结构
)
3
可能具有新的晶相
,这
结
构
[11,12]
较好的结晶性
。图中衍射峰具有较高的强度表明材料具有
。但图谱中未出现结晶碳的衍射峰,表
明复合材料的中碳以无定型形态存在。
Fig.
图
1
1
XRD
K
3
V
pattern
2
(PO
4
)
of
3
/C
K
复合材料的XRD
Ccomposite
图
3
V
2
(PO
4
)
3
/
图2a为K
微镜照片
3
V
2
(PO
4
)
3
/C复合材料的扫描电子显
K
。由图2a可见,通过溶胶-凝胶法合成的
寸主要分布在
3
V
2
(PO
4
)
3
/C
0.
为分散性良好的颗粒状材料
2~1.4μm。适宜的颗粒尺寸范围
,颗粒尺
和良好的颗粒分散性有利于提高材料的压实密
度
[4]
透射电子显微镜照片
。图2b为K
3
V
2
(PO
。由图
4
)
3
/
2b
C复合材料颗粒边缘的
可见,材料颗粒表面
均包覆一层柠檬酸热解得到的导电碳,碳层厚度最小
约5nm,最大约15nm。元素分析测试表明,复合材
料中的碳含量约为8wt%。导电碳层的包覆有利于
提高材料表面和颗粒间的电子传输,从而提高材料的
电化学反应速度。
图3a为K
电压范围内的前
3
V
3
2
(PO
次充放电曲线
4
)
3
/C复合材料在
。在20mA·g
2.0~
-
4.
1
电流
6V
密度下,首次充放电比容量分别为121和56mAh·g
-1
,
—5—
2021,Vol.
35,No.2
46%
首次不可逆容量为
。第2次和第3
65
次循环的充电比容量分别为
mAh·g
-1
,对应的库伦效率为
和87mAh·g
-1
有衰减
60%和
;
64%
而第
。
2
可见
次和第
,放电容量与第
94
,随着循环次数的增加
3次循环的库伦效率也升至
1次循环相比几乎没
可逆性也逐渐提高。在第50次循环时,充放电比容
,电极反应
量分别为56和51mAh·g
-1
充电曲线中在3.7和4.2V附近出现两个较为倾斜
,库伦效率达到91%。
的充电平台,而放电曲线中在4.0和3.7V附近出现
放电平台,表明K
3
V
2
(PO
4
)
3
在充放电时,分多步脱出
和嵌入K
+[2]
。
图2 K
3
V
Fig.
2
(PO
2
4
)
SEM
3
/C复合材料的
K
(a)and
C
TEM
SEM
composite
(b
图
)
(
images
a)和TEM
of
图(b)
3
V
2
(PO
4
)
3
/
倍率性能如图
K
3
V
2
(PO
4
3b
)
3
/
所示
C复合材料在不同电流密度下的
。在50、100和200mA·g
-1
电流密度下,复合材料的放电比容量分别为
在200
52、47
和42mAh·g
-1
仍可达到20mA·g
。
-1
下放电比容量的
mA·g
-1
下的放电比容量
75%,表现
出较好的大电流充放电性能;材料较小的颗粒尺寸
缩短了K
+
的固相扩散距离,材料颗粒表面的导电
碳层能够有效提高电子导电性
。
,从而加快电极反应
速度
[3]
—6—
科技进展
(a)
(b)
(c)
(d)
图3 K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C复合材料的充放电曲线(a),
倍率性能(b),循环性能(c)和循环伏安曲线(d)
Fig.3 Charge-dischargeprofiles(a),ratecapability(b),
cyclingperformance(c)andcyclicvoltammogramsof
K
3
V
2
(PO
4
)
3
/Ccomposite
刘 壮等.溶胶-凝胶法合成钾离子电池K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C正极材料
2021,Vol.35,No.2
contributions[J].JournalofColloidandInterface
示,20mA·g
-1
电流密度下,循环50次后的放电比容
量为51mAh·g
-1
,容量保持率达到89%,表现出良
好的循环可逆性。这也说明K
3
V
2
(PO
4
)
3
在反复的脱
+
K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C复合材料的循环性能如图3c所
[4]ShuoB,LuoS,YanS,-sizedMoO
2
spheres
interspersedthree-dimensionalporouscarboncompositeas
advancedanodeforreversiblesodium/potassiumionstorage
[5]DongX,XingZ,ZhengG,
2
/N-dopedgraphene
aeroglescompositeanodeforhighperformancesodium/
339:135932.
potassiumionbatteries[J].ElectrochimicaActa,2020,
electrodesforpotassium-ionbatteries[J].
Communications,2016,52:1166111664.
Chemical
[J].ElectrochimicaActa,2019,307:293301.
Science,2020,574:174181.
出和嵌入K时,能较好的保持晶体结构的稳定性。
图3d为K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C电极的循环伏安扫描曲线,
图中可明显的观察到可逆的氧化还原峰,表明K可
从K
3
V
2
(PO
4
)
3
晶体中可逆的脱出和嵌入,氧化还原
反应主要发生在3.2~4.5V电压范围内。
+
3 结论
(PO
4
)
3
/C复合材料,材料颗粒尺寸主要分布在
定型态导电碳层。电化学测试表明,K
3
V
2
(PO
4
)
3
中
的K
+
能够进行可逆的脱出和嵌入,在20mA·g
-1
电
流密度下的放电比容量为56mAh·g
-1
,50次循环的
容量保持率达到89%,具有良好的循环稳定性。不
同电流密度下的充放电测试表明,复合材料同时具有
较好的倍率充放电性能。
参考文献
[1]李娇娇,王飞.油酸辅助固相法合成Na
3
V
2
(PO
4
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3
/C
及其电化学性能[J].廊坊师范学院学报(自然科学
版),2020,20(3):3740.
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(PO
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3
[7]HwangJY,KimJ,YuTY,pmentofP3-
2018,11:28212827.
2017,7:1700098.
采用溶胶-凝胶法合成了结晶性良好的K
3
V
2
0.2~1.4μm,柠檬酸热解后在材料颗粒表面形成无
K
0.69
CrO
2
asanultra-highperformancecathodematerialfor
K-ionbatteries[J].Energy&EnvironmentalScience,
typeK
0.6
CoO
2
cathode[J].AdvancedEnergyMaterials,
storageinlayeredP3-typeK
0.5
MnO
2
cathode[J].
AdvancedMaterials,2017,29:1702480.
KVOPO
4
toward4volt-classpotassium-ionbatteries[J].
ChemicalCommunications,2017,53(37):52085211.
[8]KimH,KimJ,BoS,etal.K-ionbatteriesbasedonaP2-
[9]KimH,SeoD,KimJ,igationofpotassium
[10]ChiharaK,KatogiA,Kubota,
4
Fand
[11]ZhengS,ChengS,XiaoS,lreplacementofK
byRbtoimproveelectrochemicalperformanceofK
3
V
2
(PO
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cathodematerialforpotassium-ionbatteries[J].
JournalofAlloysandCompounds,2020,815:152379.
[2]ZhangL,ZhangB,WangC,uctingthebest
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V
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[J].NanoEnergy,2019,60:432439.
[3]LiD,ZhangJ,AhmedSM,ouscarbon
coatedSnO
2
nanohseetsonhardcarbonhollowspheresto
boostpotassiumstoragewithhighsurfacecapacitive
[12]HanJ,LiG,LiuF,igationofK
3
V
2
(PO
4
)
3
/
2017,53:18051808.
Cnanocompositesashigh-potentialcathodematerialsfor
potassiumionbatteries[J].ChemicalCommunications,
■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■
江西出台《省级化肥商业储备管理办法》
为进一步加强和完善全省化肥市场宏观调控,切实做好省级化肥商业储备管理工作,江西省近日制定出台了《江西省省级化肥商业储备管理
办法》(以下简称办法),并将该《办法》印发给全省各设区市发展改革委、财政局,要求遵照执行。
据介绍,该《办法》包括总则、储备规模及时间、承储企业基本条件及选定方式、储备任务下达及管理、储备任务履行及考核、储备财务管理、储
备监督管理、附则等8章35条内容。明确了办法适用范围、基本原则、储备品种、监管责任部门和所需资金来源。在储备品种中增加救灾肥的储
备,保证重大自然灾害等特殊情况的化肥供应。
—7—
2024年4月9日发(作者:忻晨希)
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doi:10.16597/j.cnki.issn.1002154x.2021.02.002
第35卷第
2期
Vol.35,No.2
22021,Vol.35,No.
化工时刊
ChemicalIndustryTimes
2021年
2月
Feb.2021
科技进展
溶胶-凝胶法合成钾离子电池
K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C正极材料
(1.淮北师范大学化学与材料科学学院,安徽淮北235000;2.淮北师范大学信息学院,安徽淮北235000)
摘 要 以柠檬酸为螯合剂和碳源,碳酸钾、偏钒酸铵和磷酸二氢铵为原料,通过溶胶-凝胶法合成K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C
复合材料。研究材料的晶体结构、形貌微结构和电化学性能。结果表明,材料具有良好的结晶性,颗粒尺寸约0.2~
现出良好的倍率性能和循环稳定性。
1.4μm。作为钾离子电池正极材料,K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C在20mA·g
-1
电流密度下的放电比容量达到56mAh·g
-1
,并表
关键词 钾离子电池 磷酸钒钾 正极材料
中图分类号:TQ152 文献标识码:A
刘 壮
1
李娇娇
1
汪燕鸣
1,2
王飞
1,2∗
Sol-gelSynthesisofK
3
V
2
(PO
4
)
3
/CCathodeMaterialfor
PotassiumIonBatteries
(ofChemistryandMaterialsScience,HuaibeiNormalUniversity,AnhuiHuaibei235000;
ationCollege,HuaibeiNormalUniversity,AnhuiHuaibei235000)
LiuZhuang
1
LiJiaojiao
1
WangYanming
1,2
WangFei
1,2∗
chelatingagentandcarbonsource.K
2
CO
3
,NH
4
VO
3
andNH
4
H
2
PO
4
stal
indicatethatthecompositehasagoodcrystallinitywiththeparticlesizeof0.2~1.4μedasthecathode
20mA·g
-1
anddisplaysgoodratecapabilityandcyclingstability.
锂离子电池由于具有高的能量密度已在动力电
池和储能领域得到广泛的应用。然而,锂在自然界的
储量不高,导致锂离子电池的成本逐渐升高,限制了
其大规模应用。与锂具有相似的物理化学性质的钠
储量丰富,开发钠离子电池以替换锂离子电池引起了
研究者的广泛关注
[1]
。相比钠而言,钾的储量同样
收稿日期:20201228
基金项目:安徽高校自然科学研究项目(KJ2018ZD058);安徽省自然科学基金资助项目(2008085MB34)
Abstract K
3
V
2
(PO
4
)
3
/Ccompositematerialwassynthesizedviaasol-gelmethodbyusingcitricacidas
structure,morphology,microstructure,ults
materialforpotassium-ionbatteries,K
3
V
2
(PO
4
)
3
/Cdeliversaspecificdischargecapacityof56mAh·g
-1
at
Keywords potassiumionbatteries K
3
V
2
(PO
4
)
3
cathodematerial
丰富,且钾的氧化还原电势比钠更接近于锂;因此,钾
离子电池比钠离子电池可提供更高的能量密度。此
外,由于K
+
的Lewis酸度比Li
+
和Na
+
更小,其溶剂
化离子半径更小,因此在液态电解质中扩散速度更
快,从而使钾离子电池具有更高的功率密度
[2]
。因
此,开发钾离子电池对于动力和储能电池的发展具有
作者简介:刘壮(1995—),男,硕士研究生,研究方向:新能源材料;通讯作者:王飞(1981—),男,副教授,研究方向:新能源材料,E-mail:
wangfeichem@。
—4—
刘 壮等.溶胶-凝胶法合成钾离子电池K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C正极材料
2021,Vol.35,No.2
重要的意义。
目前,硬碳、金属氧化物(Co
属硫化物(MoS
3
2
、FeS
2
、SnS
2
)、
O
4
钛
、SnO
基
2
材
、MoO
料(
2
)、
KTi
金
(PO
2
取得了较好的效果
4
)
3
、K
2
Ti
8
O
17
)等被研究应用于钾离子电池负极
[36]
,
在普鲁士蓝
CoO
等
[711]
)和磷酸
、金属氧化物
。正极材料的研究主要集中
盐(KVPO
(K
KVOPO
0.69
CrO
2
、K
0.5
MnO
2
、K
0.6
24
F、
4
、K
3
V
2
(PO
4
)
3
)
表现出
。
更
相比氧化物类正极材料
高的结构稳定性和
,
热
聚阴离子型磷酸盐
K
稳定性。其中,
种非常具有潜力的钾离子电池正极材料
3
V
2
(PO
4
)
3
具有较高的操作电压和理论容量,是一
[12]
磷酸盐类材料极低的电子电导率限制了其电化学活
。然而,
性的发挥。本文以柠檬酸为螯合剂和碳源,通过溶胶
的电子导电性
-凝胶法制备导电碳复合的
,研究材料的晶体结构
K
3
V
2
(PO
、
4
微观形貌和电
)
3
以提高材料
化学性能。
1 实验
1.1 材料合成
C
在烧杯中加入40mL去离子水和9.3mmol
5
6
mmol
H
8
O
7
·H
NH
2
4
VO
O,
3
搅拌溶解并加热至
,待其完全溶解后再加入
60℃;
3.
然后加入
K
2
CO
3
和7.5molNH
4
H
75mmol
续搅拌。待水分蒸发后溶胶变成凝胶
2
PO
4
,并将温度升至
,将凝胶转移到
80℃持
刚玉舟内,在干燥箱中80℃下干燥10h。将凝胶前
驱体放入管式电阻炉中于Ar气氛下380℃加热4h,
800
待冷却至室温
℃下煅烧10
,取出研磨
h,自然冷却后得到
,再次放入管式电阻炉中
复合材料。
K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C
1.2 材料表征
ADVANCE
使用X-射线衍射仪(XRD,BrukerD8/
显微镜
(TEM,JEOL
(SEM,
型)分析材料的晶体结构
Phenom-ProX
。采用扫描电子
构。采用元素分析仪
JEM-2100F
(Elementar
型
型
)分析材料的形貌微结
)和透射电子显微镜
Microcube型)测试
复合材料中的碳含量。
1.3 电化学性能测试
在充满氩气的手套箱中组装CR2016型纽扣电
池测试K
钾片为对电极
3
V
2
(PO
4
)
3
/C复合材料的电化学性能,金属
70
0.8
wt%
MKPF
K
6
3
V
2
(PO
/EC
,Whatman
4
+
)
3
DEC
GF
/C、20
(v
/
wt%
∶
D
v
玻璃纤维膜为隔膜
导电碳和
=1∶1)为
10
电
wt%
解液
聚
,
,
偏氟乙烯粘结剂涂覆在12mm铝箔上作为工作电
极。恒流充放电测试在LANHE电池测试系统上进
行
CHI650C
,截止电压范围为2.0~4.6V。循环伏安测试在
2
s
-1
。
结果与讨论
所有测试均在
电化学工作站上进行
25℃恒温箱中进行
,扫速为
。
0.1mV·
图1为通过溶胶-凝胶法合成的K
C
3
V
2
(PO
4
)
3
/
的其他
复合材料的
方法制
XRD
备的
图
K
。
3
V
图谱中的衍射峰与文献报道
2
(PO
4
)
3
晶体衍射图谱相
似
[2]
表明
,
合
但无法对应
成的K
3
V
JCPDS
2
(PO
4
数据库中的已知相结构
)
3
可能具有新的晶相
,这
结
构
[11,12]
较好的结晶性
。图中衍射峰具有较高的强度表明材料具有
。但图谱中未出现结晶碳的衍射峰,表
明复合材料的中碳以无定型形态存在。
Fig.
图
1
1
XRD
K
3
V
pattern
2
(PO
4
)
of
3
/C
K
复合材料的XRD
Ccomposite
图
3
V
2
(PO
4
)
3
/
图2a为K
微镜照片
3
V
2
(PO
4
)
3
/C复合材料的扫描电子显
K
。由图2a可见,通过溶胶-凝胶法合成的
寸主要分布在
3
V
2
(PO
4
)
3
/C
0.
为分散性良好的颗粒状材料
2~1.4μm。适宜的颗粒尺寸范围
,颗粒尺
和良好的颗粒分散性有利于提高材料的压实密
度
[4]
透射电子显微镜照片
。图2b为K
3
V
2
(PO
。由图
4
)
3
/
2b
C复合材料颗粒边缘的
可见,材料颗粒表面
均包覆一层柠檬酸热解得到的导电碳,碳层厚度最小
约5nm,最大约15nm。元素分析测试表明,复合材
料中的碳含量约为8wt%。导电碳层的包覆有利于
提高材料表面和颗粒间的电子传输,从而提高材料的
电化学反应速度。
图3a为K
电压范围内的前
3
V
3
2
(PO
次充放电曲线
4
)
3
/C复合材料在
。在20mA·g
2.0~
-
4.
1
电流
6V
密度下,首次充放电比容量分别为121和56mAh·g
-1
,
—5—
2021,Vol.
35,No.2
46%
首次不可逆容量为
。第2次和第3
65
次循环的充电比容量分别为
mAh·g
-1
,对应的库伦效率为
和87mAh·g
-1
有衰减
60%和
;
64%
而第
。
2
可见
次和第
,放电容量与第
94
,随着循环次数的增加
3次循环的库伦效率也升至
1次循环相比几乎没
可逆性也逐渐提高。在第50次循环时,充放电比容
,电极反应
量分别为56和51mAh·g
-1
充电曲线中在3.7和4.2V附近出现两个较为倾斜
,库伦效率达到91%。
的充电平台,而放电曲线中在4.0和3.7V附近出现
放电平台,表明K
3
V
2
(PO
4
)
3
在充放电时,分多步脱出
和嵌入K
+[2]
。
图2 K
3
V
Fig.
2
(PO
2
4
)
SEM
3
/C复合材料的
K
(a)and
C
TEM
SEM
composite
(b
图
)
(
images
a)和TEM
of
图(b)
3
V
2
(PO
4
)
3
/
倍率性能如图
K
3
V
2
(PO
4
3b
)
3
/
所示
C复合材料在不同电流密度下的
。在50、100和200mA·g
-1
电流密度下,复合材料的放电比容量分别为
在200
52、47
和42mAh·g
-1
仍可达到20mA·g
。
-1
下放电比容量的
mA·g
-1
下的放电比容量
75%,表现
出较好的大电流充放电性能;材料较小的颗粒尺寸
缩短了K
+
的固相扩散距离,材料颗粒表面的导电
碳层能够有效提高电子导电性
。
,从而加快电极反应
速度
[3]
—6—
科技进展
(a)
(b)
(c)
(d)
图3 K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C复合材料的充放电曲线(a),
倍率性能(b),循环性能(c)和循环伏安曲线(d)
Fig.3 Charge-dischargeprofiles(a),ratecapability(b),
cyclingperformance(c)andcyclicvoltammogramsof
K
3
V
2
(PO
4
)
3
/Ccomposite
刘 壮等.溶胶-凝胶法合成钾离子电池K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C正极材料
2021,Vol.35,No.2
contributions[J].JournalofColloidandInterface
示,20mA·g
-1
电流密度下,循环50次后的放电比容
量为51mAh·g
-1
,容量保持率达到89%,表现出良
好的循环可逆性。这也说明K
3
V
2
(PO
4
)
3
在反复的脱
+
K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C复合材料的循环性能如图3c所
[4]ShuoB,LuoS,YanS,-sizedMoO
2
spheres
interspersedthree-dimensionalporouscarboncompositeas
advancedanodeforreversiblesodium/potassiumionstorage
[5]DongX,XingZ,ZhengG,
2
/N-dopedgraphene
aeroglescompositeanodeforhighperformancesodium/
339:135932.
potassiumionbatteries[J].ElectrochimicaActa,2020,
electrodesforpotassium-ionbatteries[J].
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Chemical
[J].ElectrochimicaActa,2019,307:293301.
Science,2020,574:174181.
出和嵌入K时,能较好的保持晶体结构的稳定性。
图3d为K
3
V
2
(PO
4
)
3
/C电极的循环伏安扫描曲线,
图中可明显的观察到可逆的氧化还原峰,表明K可
从K
3
V
2
(PO
4
)
3
晶体中可逆的脱出和嵌入,氧化还原
反应主要发生在3.2~4.5V电压范围内。
+
3 结论
(PO
4
)
3
/C复合材料,材料颗粒尺寸主要分布在
定型态导电碳层。电化学测试表明,K
3
V
2
(PO
4
)
3
中
的K
+
能够进行可逆的脱出和嵌入,在20mA·g
-1
电
流密度下的放电比容量为56mAh·g
-1
,50次循环的
容量保持率达到89%,具有良好的循环稳定性。不
同电流密度下的充放电测试表明,复合材料同时具有
较好的倍率充放电性能。
参考文献
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Cnanocompositesashigh-potentialcathodematerialsfor
potassiumionbatteries[J].ChemicalCommunications,
■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■
江西出台《省级化肥商业储备管理办法》
为进一步加强和完善全省化肥市场宏观调控,切实做好省级化肥商业储备管理工作,江西省近日制定出台了《江西省省级化肥商业储备管理
办法》(以下简称办法),并将该《办法》印发给全省各设区市发展改革委、财政局,要求遵照执行。
据介绍,该《办法》包括总则、储备规模及时间、承储企业基本条件及选定方式、储备任务下达及管理、储备任务履行及考核、储备财务管理、储
备监督管理、附则等8章35条内容。明确了办法适用范围、基本原则、储备品种、监管责任部门和所需资金来源。在储备品种中增加救灾肥的储
备,保证重大自然灾害等特殊情况的化肥供应。
—7—