基于低含水量普鲁士蓝正极的准固态钠离子电池

作     者：王琨鹏 刘兆林 林存生 王治宇 WANG Kunpeng;LIU Zhaolin;LIN Cunsheng;WANG Zhiyu

作者机构：大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室大连116024 中节能万润股份有限公司新材料开发分公司烟台265503 

出 版 物：《无机材料学报》 (Journal of Inorganic Materials)

年 卷 期：2024年第39卷第9期

页      面：1005-1012页

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：国家重点研发计划(2022YFB4101600,2022YFB4101605) 国家自然科学基金(52372175) 大连市科技创新基金(2023JJ12GX020) 中央高校基本科研业务费(DUT22LAB125) 

主　　题：钠离子电池 准固态电池 普鲁士蓝正极 原位分析 

摘      要：与锂离子电池相比,钠离子电池具有成本低、低温性能与安全性更佳等优势,在成本与可靠性敏感的应用领域备受瞩目。高容量、低成本的普鲁士蓝类材料(PBAs)是极具前景的钠离子电池正极材料,但结构中存在的结晶水导致电池性能快速衰减,是限制其应用的瓶颈。本研究提出了一种简便易行的热处理策略,以高效脱除PBAs正极材料中的结晶水,340次循环后的容量保持率由73%提升到88%。利用原位技术揭示了PBAs正极在充放电过程中,其晶体结构由三方向立方发生不可逆转变是造成首次库仑效率损失的机制,并针对性地提出在正极中添加Na_(2)C_(2)O_(4)钠补偿剂可以解决这一问题。在此基础上,采用高离子电导率、高电化学稳定性的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)准固态电解质,匹配添加Na_(2)C_(2)O_(4)钠补偿剂的低含水量PBAs正极与硬碳(HC)负极,构建了高性能准固态钠离子电池。此类电池在20~500mA·g^(-1)电流密度下的比容量为58~105mAh·g^(-1),并可稳定循环超过200次。研究表明高效脱除结晶水,可以显著提高PBAs正极的稳定性与比容量。