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浇筑-退火法制备钠硫全固态电池正极材料

时间:2024-02-29 作者:淘金网官网入口

以硫为正极、钠为负极构建的钠硫电池具有单位体积内的包含的能量高,成本低等优点,被认为是大规模储能

  以硫为正极、钠为负极构建的钠硫电池具有单位体积内的包含的能量高,成本低等优点,被认为是大规模储能的强有力的候选方式之一。目前,高温钠硫电池已被应用于电化学储能。高温钠硫电池由熔融电极和-Al2O3固体电解质组成,负极的活性物质为熔融金属钠,正极活性物质为液态硫和多硫化钠熔盐。为了能够更好的保证钠硫电池的正常运行,钠硫电池的运行温度需要从始至终保持在300~350  C,这个运行温度使钠硫电池安全性大幅度降低,电解质的任何微小破损,都会造成灾难性的后果。近年来以硫化物为基体的室温钠离子固态电解质得到了长足的发展,使得构建室温钠硫全固态电池成为可能。传统的硫系全固态电池是通过冷压方式制备,但是冷压方式制备的电池极易产生应力集中,并且在之后的充放电期间的巨大体积变化会促进加剧应力的集中,使得材料易粉碎和聚集。与液态电解质的良好的浸润性不同,全固态电池中任何材料粉化引起的非良好的接触现象都可能会导致电池循环性能的急剧衰退。为了减轻这样的一个问题,通常将材料粒径减小到纳米尺度,或在测试时施加较大的压力以确保其良好接触。但即便如此,室温全固态钠硫电池的循环性能、充放电可逆容量依然远低于液态电池。最近,借鉴成熟的结构材料的制备方法,马里兰大学的王春生教授课题组通过高温浇筑-低温退火法成功合成了Na2S/Na3PS4/C复合材料。当其用于钠硫全固态电池正极时,表现出优异的动力学性能和良好的循环性能。在传统的全固态钠硫电池中,活性物质和固态电解质的接触是通过冷压形成的,一般为点接触,因此其界面阻抗非常大。而此种浇筑-退火方法原位生成的Na2S/Na3PS4/C复合材料有效的将活性物质和固态电解质的接触转换为面接触,因此大幅度降低了其界面阻抗。另外原位沉积出的Na2S为放电态的材料,在之后的循环过程中不会产生因体积膨胀造成的应力。该文章发表在国际知名期刊ACS  Nano上。

  实验以Na2S,P2S5,CMK3介孔碳为原料,首先在手套箱中将三者按照一定的比例混合均匀。之后转移至石墨坩埚中,将石墨坩埚真空密封于石英管中,通过高温煅烧、急剧降温骤冷,之后再在270  C热处理得到Na2S/Na3PS4/C复合材料。

  浇筑-退火法制备的Na2S/Na3PS4/C复合材料作为全固态钠硫电池的正极材料表现出良好的电化学性能。在0.5V-3.0V的充放电电压区间,在50  mA/g的充放电电流密度下,复合材料具备800 mAh/g的可逆比容量;同时材料有很好的循环稳定性,经过50循环周期后,全固态钠硫电池依然能保持650  mAh/g的可逆充放电容量。作为对比,普通球磨法制备的复合材料,其可逆容量仅为100 mAh/g.  另外由于浇筑-退火法制备的Na2S/Na3PS4/C复合材料大幅度降低了界面阻抗,其充放电的电压滞后也大幅度降低。与液态电解液相比,全固态电池完全消除了多硫化物的穿梭效应,故其可逆库伦效率接近100%。

  图3. 浇筑-退火法制备的Na2S/Na3PS4/C复合材料与传统的球磨法制备的材料的充放电性能对比

  作者同时对比测试了不同制备条件下的全固态电池的倍率性能和阻抗性能来进一步研究其储能机理,并给出其表现出优异电化学性能的可能原因:(1)原位生成的纳米复合结构可大大降低Na+在脱嵌过程中产生的机械应力,从而有效保护电极的结构完整性并缩短了离子扩散距离;(2)浇筑-退火热处理消除了复合材料的应力;(3)初始材料为放电态复合物能减轻循环期间的体积变化以确保结构的完整性。该研究成果对于开发高能量密度的钠硫全固态电池具备极其重大的参考价值。

  图4. 浇筑-退火法制备的Na2S/Na3PS4/C复合材料与传统的球磨法制备的材料的倍率性能对比

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  北极星储能网获悉,日前韩国LG化学宣布,该公司已签署了一项价值25万亿韩元(约合188亿美元)的协议,从今年到2035年向通用汽车供应电动汽车电池正极材料。根据长期供应合同,LG化学将在2026-35年向通用汽车供应超过50万吨正极材料(含镍、钴、锰、铝),这足以生产大约500万辆高性能电动汽车的电池。据

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  容百科技2月1日公告,公司与LGEnergySolution,Ltd.(简称“LGES”)于近日签署《联合研究与开发协议》。双方将充分的发挥各自优势,围绕磷酸锰铁锂(以下简称“LMFP”)、无前驱体正极材料和中镍高电压等材料领域,开展全面深度的合作,包括但不限于技术开发、生产制造、产品营销售卖等。双方还将建立不定期

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  北极星储能网获悉,近日,钠科能源与无锡盘古新能源有限责任公司(以下简称“盘古新能源”)签署战略合作协议。根据协议,双方将依托各自优势,以市场为导向,在钠离子电池及关键材料的开发及产业化方面开展深度战略合作,并为未来3年不低于3000吨的供销计划提供了明确的目标指引。资料显示,钠科能源

  北极星储能网获悉,1月18日,有研新能源材料(江西)有限公司(简称有研新能源)“下一代锂离子电池正极材料项目”在江西省新余市举行开工奠基仪式。据了解,有研新能源“下一代锂离子电池正极材料项目”由中国有研联合赣锋锂业等单位投资建设,项目总用地面积100亩,建设年产万吨的下一代锂离子电池正

  北极星电池网获悉,1月15日,天齐锂业年产3万吨锂盐项目江苏张家港市政府网站公示。据悉,为满足天齐锂业产业高质量发展需求,维持锂化合物及衍生物产品产业链的稳定,填补市场缺口,基于别的地方已有的生产基础,天齐锂业新能源材料(苏州)有限公司拟投资建设年产3万吨电池级单水氢氧化锂及6万吨无水硫酸钠

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  12月28日晚间,贝特瑞公告,集团下属子公司贝特瑞(江苏)新材料科技有限公司及BNUOINTERNATIONALHOLDINGPTE.LTD.(以下简称“BNUO公司”)为实施锂电池正极材料战略布局,拟与摩洛哥王国签署《投资协议》,计划通过BNUO公司在摩洛哥设立项目公司投资建设年产5万吨锂电池正极材料项目,项目预计总投资