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溶胶-凝胶法合成钾离子电池K_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)C正极材料

IT圈 admin 26浏览 0评论

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

、SnO

2

、MoO

料(

2

)、

KTi

(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

[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

相比氧化物类正极材料

高的结构稳定性和

,

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

)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

wt%

解液

,

,

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

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

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

[2]

表明

,

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

[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.

1 

1 

XRD

K

3

V

pattern

2

(PO

4

)

of

3

/C

K

复合材料的XRD

Ccomposite

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

[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

)

(

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

的K

+

能够进行可逆的脱出和嵌入,在20mA·g

-1

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

)

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.

[6]HanJ,NiuY,BaoS,bicKTi

2

(PO

4

)

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

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(PO

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3

cathodematerialforpotassium-ionbatteries[J].

JournalofAlloysandCompounds,2020,815:152379.

[2]ZhangL,ZhangB,WangC,uctingthebest

symmetricfullK-ionbatterywiththeNASICON-typeK

3

V

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(PO

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3

[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,

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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

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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

、SnO

2

、MoO

料(

2

)、

KTi

(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

[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

相比氧化物类正极材料

高的结构稳定性和

,

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

)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

wt%

解液

,

,

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

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

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

[2]

表明

,

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

[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.

1 

1 

XRD

K

3

V

pattern

2

(PO

4

)

of

3

/C

K

复合材料的XRD

Ccomposite

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

[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

)

(

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

的K

+

能够进行可逆的脱出和嵌入,在20mA·g

-1

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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V

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采用溶胶-凝胶法合成了结晶性良好的K

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K

0.69

CrO

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coatedSnO

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boostpotassiumstoragewithhighsurfacecapacitive

[12]HanJ,LiG,LiuF,igationofK

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/

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Cnanocompositesashigh-potentialcathodematerialsfor

potassiumionbatteries[J].ChemicalCommunications,

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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—

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