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朱禹洁教授、郭林教授、张千帆教授，JMCA观点：降低K0.5V2O5的长程有序性提高其作为钾离子电池正极材料的电化学性能
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朱禹洁教授、郭林教授、张千帆教授，JMCA观点：降低K0.5V2O5的长程有序性提高其作为钾离子电池正极材料的电化学性能

朱禹洁教授、郭林教授、张千帆教授，JMCA观点：降低K0.5V2O5的长程有序性提高其作为钾离子电池正极材料的电化学性能 科学材料站
2021-05-20
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导读：该观点文章研究了层状钾离子电池正极材料K0.5V2O5在长循环过程中的容量衰减机理，并且通过降低材料结晶性的方法提高了该材料在充放电过程中的循环稳定性。


文章信息

降低K0.5V2O5的长程有序性提高其作为钾离子电池正极材料的电化学性能
第一作者：牛小刚，曲家乐（共同一作）
通讯作者：朱禹洁*，郭林*，张千帆*
单位：北京航空航天大学

研究背景

作为低成本的电化学储能系统，非水系钾离子电池被人们视为最有前途的能量存储系统之一，因而受到了人们的广泛研究。目前，钾离子电池研究的最大障碍在于高性能正极材料的研发。
由于大多数正极材料由具有一定刚性的离子键链接而成，在钾离子的反复嵌入-脱嵌过程中，正极材料中易产生较大的结构应力，使得材料发生粉化甚至非晶化，从而严重降低材料的电化学性能。本文通过降低层状钾钒氧化物正极材料的结晶性，从而提高其储钾的电化学性能。

文章简介

基于此，来自北京航空航天大学的朱禹洁教授、郭林教授和张千帆教授合作，在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“High-Performance Layered Potassium Vanadium Oxide for K-Ion Batteries Enabled by Reduced Long-Range Structural Order”的观点文章。
该观点文章研究了层状钾离子电池正极材料K0.5V2O5在长循环过程中的容量衰减机理，并且通过降低材料结晶性的方法提高了该材料在充放电过程中的循环稳定性。
图1.不同结晶性的K0.5V2O5作为钾离子电池正极材料时的循环稳定性对比。

本文要点

要点一：结构粉化导致高结晶性K0.5V2O5容量衰减迅速
高结晶性K0.5V2O5在充放电过程中发生粉化，材料的晶体结构遭到破坏，此外，材料粉化过程中新暴露的表面与电解液不断发生副反应，导致材料在充放电循环中库伦效率低，循环稳定性差。

要点二：降低结晶性有效提升K0.5V2O5的循环稳定性
在电流密度20 mA/g下，高结晶性的K0.5V2O5经过100次循环后容量保持率仅为33.3%。在相同电流密度下，低结晶性的K0.5V2O50.5H2O经过200次循环后容量保持率高达81%。

要点三：降低结晶性后储钾机理由电池型转化为电容型
高结晶性的K0.5V2O5在充放电过程中发生多相反应，电化学储钾机理为电池型反应。降低结晶性后，该材料在充放电过程中发生单相反应，电化学储钾机理转化为电容型。

要点四：层间水有效降低体积变化
DFT计算表明，在充放电过程中晶体K0.5V2O5发生两相共存，并且两相最大体积差高达18.35%。K0.5V2O50.5H2O发生单相变化，最大体积变化率仅为5.61%。

本文链接

High-Performance Layered Potassium Vanadium Oxide for K-Ion Batteries Enabled by Reduced Long-Range Structural Order
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ta/d1ta01807h#!divAbstract


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