铁基普鲁士蓝正极材料的宏量制备及电化学储钠性能
Scalable Preparation and Electrochemical Sodium-Storage Performance of Fe-Based Prussian Blue Cathode Material
作者单位E-mail
孙瑜 浙江大学材料科学与工程学院, 杭州 310027  
孙云坡 浙江大学材料科学与工程学院, 杭州 310027  
刘春丽 浙江大学材料科学与工程学院, 杭州 310027  
谢健 浙江大学材料科学与工程学院, 杭州 310027 xiejian1977@zju.edu.cn 
赵新兵 浙江大学材料科学与工程学院, 杭州 310027  
裘吕超 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院, 杭州 310014  
梅简 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院, 杭州 310014  
徐雄文 湖南立方新能源科技有限责任公司, 株洲 412000  
涂健 湖南立方新能源科技有限责任公司, 株洲 412000  
摘要: 以柠檬酸钠作为配位剂,采用共沉淀法,在室温下制备了铁基普鲁士蓝材料(FePB)。当使用20 L容积的反应釜,并将前驱体亚铁氰化钠(Na4[Fe(CN)6])的浓度提高至0.5 mol·L-1时,制备一次可实现高达500 g的产量。电化学测试显示,所得FePB材料具有较高的容量、优异的倍率性能和良好的循环寿命。在0.1C时,该材料首次放电比容量可达到117 mAh·g-1,在10C的大电流密度下,比容量仍可保持在92 mAh·g-1。在1C电流密度下,经过500次循环,比容量仍保持在87 mAh·g-1,容量保持率达到89%。以商业硬碳为负极,以FePB为正极,制作了软包钠离子全电池。该软包电池在50 mA的电流下,经过400次循环可实现75%的容量保持率。FePB材料优异的电化学性能与其较高的钠含量、低的缺陷、多边界的微观结构以及普鲁士蓝类材料独特的开放框架结构有关。
关键词: 钠离子电池  普鲁士蓝正极  共沉淀法  宏量制备  电化学  能量转换
基金项目: 国家电网浙江省电力有限公司重点科技项目(No.5211DS18003G)和湖南省重大科技项目(No.2020GK1014)资助。
Abstract: Fe-based Prussian blue material (FePB) was synthesized by coprecipitation method at room temperature using sodium citrate as chelating agent. A high yield of 500 g per preparation can be obtained by using a 20 L reactor and a Na4Fe(CN)6 precursor with a concentration up to 0.5 mol·L-1. The results of electrochemical measurements indicate that the obtained FePB showed a high capacity, excellent rate capability and long cycle life. At 0.1C, the first discharge capacity of FePB reached 117 mAh·g-1. At a current density as high as 10C, the FePB can still yield a discharge capacity of 92 mAh·g-1. After 500 cycles at 1C, a specific capacity of 87 mAh·g-1 still maintained with a retention of 89%. Pouch-type Na-ion full battery was fabricated using commercial hard carbon as anode and FePB as cathode, which exhibited a capacity retention of 75% after 400 cycles at 50 mA. The excellent electrochemical performance of the FePB is attributed to its high sodium content, low defect, border-rich microstructure and the unique open framework structure of the Prussian blue analogues.
Keywords: sodium ion battery  Prussian blue cathode  coprecipitation method  scalable preparation  electrochemistry  energy conversion
投稿时间:2021-01-08 修订日期:2021-03-26
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孙瑜,孙云坡,刘春丽,谢健,赵新兵,裘吕超,梅简,徐雄文,涂健.铁基普鲁士蓝正极材料的宏量制备及电化学储钠性能[J].无机化学学报,2021,37(6):1037-1045.
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