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如何提高锂离子电池的能量密度一直是锂离子电池研究的核心内容,特别是正极材料方面,为了提高比能量人们可谓“不择手段”,因此各种锂离子电池正极材料也是层出不穷,例如富锂锰,三元材料等,某些正极材料的比容量已经达到200mAh/g以上,但是这些正极材料往往都存在着循环寿命差和不可逆容量高等问题,因此人们从来没有停下研发新型高能量密度正极材料的步伐。
过渡金属氧化物,例如NiO、CoO、CuO等材料,具有超高的比容量(高于500mAh/g)因此吸引了广泛的关注,但是这些材料的对锂工作电压往往低于1.0V,因此只能用作负极材料,限制了其在锂离子电池上的应用。但是最新的研究发现,一些高价态的过渡族金属氧化物,例如VO2、V2O5和MoO3等,对锂电压可以达到2.0V以上,因此十分具有潜力应用于锂离子电池领域。
中国科学技术大学的Xu-YongFeng等人基于上述研究,对高价过渡金属氧化物Cr2O5材料进行了研究,实验中以Cr2O3为原材料,在空气气氛下分别在350℃、375℃和400℃下煅烧2小时,然后研磨后就可获得Cr2O5材料。
研究表明该材料的性能与焙烧温度有密切的关系,随着焙烧温度的提高,材料的容量降低,但是循环性能得到了显著的提升,在400℃下获得的材料循环性能最佳,循环100次容量保持率可达96%,但容量稍低,为220mAh/g左右,而350℃下获得的材料容量最高,可达275mAh/g,该材料的最大能量密度可以达到819Wh/kg,这要高于LiCoO2材料的550Wh/kg。循环伏安扫描显示材料的放电电压平台在3.17V左右。
Cr2O5材料的能量转化效率为83%,这要远高于CoO(54.6%)、RuO2(54.9%),具有很好的应用前景。Cr2O5材料比容量超过200mAh/g,工作电压高于3V,原材料成本低廉,能量密度高,合成工艺十分简单,因此在储能领域具有广阔的应用前景。
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