CN114883541A - 一种Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法 - Google Patents

一种Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法，属于储钠电极材料制备技术领域。该方法采用新型二维材料MXene中具备储钠优势的碳化钒作为基底，原位生长纳米氢氧化铁颗粒，然后利用多巴胺的自包覆性使其表面形成聚多巴胺层，经过一步热处理同时对其进行碳化硫化，得到高倍率Fe7S8@V2C@C储钠电极材料。该材料中三维堆积状V2C纳米片可以减轻Fe7S8纳米颗粒的团聚，同时还能缩短了离子传输路径，其本征高导电性与低Na+迁移势垒也促进了电荷的快速转移，使其具有优异的倍率性能。复合材料表面包覆的碳层则可有效地缓解Fe7S8储钠时带来的体积变化，从而保障该材料的长循环稳定性。

Description

一种Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及储钠电极材料制备技术领域，特别是指一种Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法。
背景技术
随着人类科学技术发展，生产生活水平逐步提高，人们对以锂离子电池为代表的电化学储能器件的需求量也在不断增大。然而，锂较低的丰度与世界资源的分布不均匀等问题已逐渐显现，这势必造成锂离子电池在未来成本急剧增加，限制其进一步大规模应用。因此，寻找新型电化学储能系统迫在眉睫。钠元素在地球元素丰度排行第六，分布极广，与锂相比极具成本优势，另外与锂离子相似的“摇椅式”储能机理也使钠离子电化学储能体系可以在储锂研究中得到借鉴，是“后锂时代”最具潜力的候选者。一方面，相较于锂离子，钠离子的较大的离子半径使其较难在电极材料中嵌入或脱出，造成迟缓的电极动力学过程，更大的体积变化也使电极材料在充放电过程中结构更易崩塌，使循环性能较差；另一方面，钠较大的原子质量进一步使电极材料比容量降低，器件的能量密度减小，不利于商业化应用。解决上述问题的关键是开发出性能优异的新型储钠电极材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法。采用新型二维材料MXene中具备储钠优势的碳化钒(V2C)作为基底，原位生长纳米氢氧化铁颗粒，然后利用多巴胺(DA)的自包覆性使其表面形成聚多巴胺层(PDA)，经过一步热处理同时对其进行碳化硫化，得到高倍率Fe7S8@V2C@C储钠电极材料。
该方法包括步骤如下：
S1：制备少层V2C：
采用水热法刻蚀V2C，将浓盐酸与NaF混合，缓慢加入V2AlC前驱体粉末，将溶液转移至特氟龙内衬的高压反应釜中，在85-95℃下反应2-3天；
然后将所得溶液离心洗涤，使上清液pH>5，-50℃下冷冻干燥后得到多层V2C；
将所得的多层V2C与插层剂四甲基氢氧化铵混合，室温磁力搅拌20-24h，离心洗去剩余插层剂后加入去离子水，在N2气氛下冰浴超声2-3h，之后在转速为3500-4500r min-1下离心30-40min，得到墨绿色上清液，-50℃下冷冻干燥后得到少层V2C粉末；
S2：制备Fe(OH)x@V2C复合材料：
取S1中制备的少层V2C粉末溶于去离子水中，在N2气氛下超声30-40min使其充分溶解，在溶液中快速加入FeCl2·4H2O，室温磁力搅拌30-40min，得到溶液A；
将乌洛托品与二水合柠檬酸钠溶于去离子水中，室温磁力搅拌0.5-1h得到溶液B；
将溶液A与溶液B快速混合，在65-70℃下磁力搅拌8-10h，过滤洗涤干燥，得到Fe(OH)x@V2C复合材料；
S3：制备Fe(OH)x@V2C@PDA复合材料：
将S3中制备的Fe(OH)x@V2C复合材料与三羟甲基氨基甲烷溶于去离子水中，室温磁力搅拌20-30min；然后在溶液中加入盐酸多巴胺，室温磁力搅拌20-24h，过滤干燥，得到Fe(OH)x@V2C@PDA复合材料；
S4：制备Fe7S8@V2C@C复合材料：
将S3中制备的Fe(OH)x@V2C@PDA复合材料与过量升华硫在玛瑙研钵中充分研磨混合后，放置在刚玉石英舟中，在N2气氛下高温碳化并硫化，随炉自然冷却至室温后，得到Fe7S8@V2C@C复合材料。
其中，S1中浓盐酸浓度为8-9mol L-1，NaF与V2AlC质量比为1:1，浓盐酸与NaF质量比为20:1。
S1中四甲基氢氧化铵为质量分数为40％的水溶液，四甲基氢氧化铵与多层V2C的质量比为8:1；离心后加入的去离子水与多层V2C的质量比为100:1。
S2中去离子水与少层V2C粉末的质量比为2000:1，FeCl2·4H2O与少层V2C粉末的质量比为20:1。
S2中乌洛托品、二水合柠檬酸钠、去离子水的质量比为14:3:2000；溶液A和溶液B的体积比为1:1。
S3中Fe(OH)x@V2C复合材料、三羟甲基氨基甲烷与盐酸多巴胺质量比为5:12:10。
S4中高温碳化并硫化具体为：以3-5℃min-1的升温速率加热到480-500℃保温1.5-2h，N2流速为50-60sccm。
上述，Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料制备过程关键在于V2C刻蚀时间与温度、插层剂的用量与反应时间、防止V2C的氧化、少层V2C的用量、适当的多巴胺包覆时间以及热处理时间温度等。
该方法中，当少层V2C溶于水进行高温或长时间搅拌超声等实验步骤时，需对溶液通入一定时间N2以除去水中溶解O2；少层V2C所用量需根据Fe(OH)x@V2C复合材料质量占比10％计算得到，其中假设Fe2+全部转化为Fe(OH)2。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，一方面Fe7S8纳米颗粒均匀地生长在V2C纳米片表面，减轻了Fe7S8纳米颗粒的团聚，同时复合材料表面包覆的碳层可有效地缓解Fe7S8储钠时带来的体积变化；另一方面，三维堆积状V2C纳米片基底缩短了离子传输路径，其本征高导电性与低Na+迁移势垒进一步促进了电荷的快速转移。制备的Fe7S8@V2C@C复合材料展现出了高比容量与优异的循环稳定性，是一种理想的储钠电极材料。具体优点如下：
(1)本发明选用Fe7S8与新型二维材料V2C-MXene复合，得到的复合电极材料具有高容量高倍率的优良电化学性能。Fe7S8高的理论储钠容量保证了电极材料的高容量，同时V2C良好的电学特性提高了电极材料的导电性与Na+传输速率。
(2)Fe7S8与V2C独特的原位负载方式使得Fe7S8纳米颗粒牢固地生长在V2C纳米片上，减轻了Fe7S8纳米颗粒的团聚，增强了电极材料的结构稳定性；V2C纳米片的三维堆积结构提供了大量Na+迁移通道，改善了电极材料的倍率性能；无定形碳层可以有效地缓解充放电过程中Fe7S8纳米颗粒体积变化，提高了电极材料的循环性能。
(3)本发明合成高倍率Fe7S8@V2C@C储钠电极材料的方法可为工业化量产提供技术支持，将进一步推动钠离子电池/电容的发展及应用。
附图说明
图1为本发明的Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法流程图；
图2(a)为本发明实施例中Fe7S8的扫描电镜图；
图2(b)为本发明实施例中Fe7S8@C的扫描电镜图；
图2(c)为本发明实施例中Fe7S8@V2C@C的扫描电镜图；
图3为本发明实施例中Fe7S8@V2C@C的X射线衍射图；
图4(a)为本发明实施例中0.1mV s-1下Fe7S8@V2C@C的循环伏安曲线图；
图4(b)为本发明实施例中0.1Ag-1下Fe7S8@V2C@C的恒流充放电曲线图；
图5为本发明实施例中0.5Ag-1下Fe7S8、Fe7S8@C、Fe7S8@V2C@C的前200圈循环稳定性图；
图6为本发明实施例中2Ag-1下Fe7S8、Fe7S8@C、Fe7S8@V2C@C的前1000圈循环稳定性图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法。
如图1所示，该方法包括步骤如下：
S1：制备少层V2C：
采用水热法刻蚀V2C，将浓盐酸与NaF混合，缓慢加入V2AlC前驱体粉末，将溶液转移至特氟龙内衬的高压反应釜中，在90℃下反应3天；
然后将所得溶液离心洗涤，使上清液pH>5，冷冻干燥后得到多层V2C；
将所得的多层V2C与插层剂四甲基氢氧化铵混合，室温磁力搅拌24h，离心洗去剩余插层剂后加入去离子水，在N2气氛下冰浴超声2h，之后在转速为3500r min-1下离心30min，得到墨绿色上清液，冷冻干燥后得到少层V2C粉末；
S2：制备Fe(OH)x@V2C复合材料：
取S1中制备的少层V2C粉末溶于去离子水中，在N2气氛下超声30min使其充分溶解，在溶液中快速加入FeCl2·4H2O，室温磁力搅拌30min，得到溶液A；
将乌洛托品与二水合柠檬酸钠溶于去离子水中，室温磁力搅拌1h得到溶液B；
将溶液A与溶液B快速混合，在70℃下磁力搅拌10h，过滤洗涤干燥，得到Fe(OH)x@V2C复合材料；
S3：制备Fe(OH)x@V2C@PDA复合材料：
将S3中制备的Fe(OH)x@V2C复合材料与三羟甲基氨基甲烷溶于去离子水中，室温磁力搅拌30min；然后在溶液中加入盐酸多巴胺，室温磁力搅拌24h，过滤干燥，得到Fe(OH)x@V2C@PDA复合材料；
S4：制备Fe7S8@V2C@C复合材料：
将S3中制备的Fe(OH)x@V2C@PDA复合材料与过量升华硫在玛瑙研钵中充分研磨混合后，放置在刚玉石英舟中，在N2气氛下高温碳化并硫化，随炉自然冷却至室温后，得到Fe7S8@V2C@C复合材料。
下面结合具体实施例予以说明。
对比例
步骤一、制备Fe(OH)x：取497.5mg的FeCl2·4H2O溶于50mL去离子水中，室温磁力搅拌30min，得到溶液A；将350mg乌洛托品与73.5mg二水合柠檬酸钠溶于50mL去离子水中，室温磁力搅拌1h得到溶液B。然后将溶液A与溶液B快速混合，70℃下磁力搅拌10h，过滤洗涤干燥后得到Fe(OH)x。
步骤二、制备Fe7S8：将步骤一制备的Fe(OH)x与过量升华硫(约0.5g)在玛瑙研钵中充分研磨混合，放置在刚玉石英舟中，在N2气氛下，直接以5℃min-1的升温速率加热到500℃保温2h，N2流速为50sccm，随炉自然冷却至室温后得到Fe7S8。其扫描电镜图如图2(a)所示。
步骤三、将Fe7S8、导电炭黑和聚偏氟乙烯按照8:1:1混合，搅拌均匀，然后涂覆于铜箔上，70℃真空干燥后得到电极，然后组装钠离子纽扣电池。
测试纯Fe7S8负极电化学性能，0.1Ag-1下，第一圈放电比容量为997.0mAh g-1，充电比容量为815.3mAh g1，首圈库伦效率为81.8％；0.5A g-1下循环200圈后，容量为17.8mAhg-1；2A g-1下循环1000圈后，容量为12.5mAh g-1。
实施例1
步骤一、同对比例中步骤一。
步骤二、制备Fe(OH)x@PDA复合材料：将100mg步骤一制备的Fe(OH)x与240mg三羟甲基氨基甲烷溶于100mL去离子水中，室温磁力搅拌30min。之后在溶液中加入200mg盐酸多巴胺，室温磁力搅拌24h，过滤干燥后得到Fe(OH)x@PDA复合材料。
步骤三、制备Fe7S8@C复合材料：将步骤二制备的Fe(OH)x@PDA与过量升华硫(约0.5g)在玛瑙研钵中充分研磨混合，放置在刚玉石英舟中，在N2气氛下，直接以5℃min-1的升温速率加热到500℃保温2h，N2流速为50sccm，随炉自然冷却至室温后得到Fe7S8@C复合材料。其扫描电镜图如图2(b)所示。
步骤四、将Fe7S8@C、导电炭黑和聚偏氟乙烯按照8:1:1混合，搅拌均匀，然后涂覆于铜箔上，70℃真空干燥后得到电极，然后组装钠离子纽扣电池。
测试Fe7S8@C复合负极电化学性能，0.1A g-1下，第一圈放电比容量为1218.5mAh g-1，充电比容量为773.3mAh g-1，首圈库伦效率为63.5％；0.5Ag-1下循环200圈后，容量为358.4mAh g-1；2Ag-1下循环1000圈后，容量为166.9mAh g-1。
实施例2
步骤一、制备少层V2C：采用水热法刻蚀V2C，将20mL浓度为9mol L-1的浓盐酸与1gNaF混合，缓慢加入1g V2AlC前驱体粉末，将溶液转移至特氟龙内衬的高压反应釜中，在90℃下反应3天。然后将所得溶液多次离心洗涤，使上清液pH>5，冷冻干燥后得到多层V2C。进一步，将所得的多层V2C与20mL质量分数为40％的四甲基氢氧化铵水溶液混合，室温磁力搅拌24h，离心洗去剩余插层剂后加入90-120mL去离子水，在N2气氛下冰浴超声2h，之后在转速为3500r min-1下离心30min，得到墨绿色上清液，冷冻干燥后得到少层V2C粉末。
步骤二、制备Fe(OH)x@V2C复合材料：取25mg步骤一制备的少层V2C粉末溶于50mL去离子水中，N2气氛下超声30min使其充分溶解，然后在溶液中快速加入497.5mg的FeCl2·4H2O，室温磁力搅拌30min，得到溶液A；将350mg乌洛托品与73.5mg二水合柠檬酸钠溶于50mL去离子水中，室温磁力搅拌1h得到溶液B。然后将溶液A与溶液B快速混合，70℃下磁力搅拌10h，过滤洗涤干燥后得到Fe(OH)x@V2C复合材料。
步骤三、制备Fe(OH)x@V2C@PDA复合材料：将100mg步骤二制备的Fe(OH)x@V2C复合材料与240mg三羟甲基氨基甲烷溶于100mL去离子水中，室温磁力搅拌30min。之后在溶液中加入200mg盐酸多巴胺，室温磁力搅拌24h，过滤干燥后得到Fe(OH)x@V2C@PDA复合材料。
步骤四、制备Fe7S8@V2C@C复合材料：将步骤三制备的Fe(OH)x@V2C@PDA复合材料与过量升华硫(约0.5g)在玛瑙研钵中充分研磨混合，放置在刚玉石英舟中，在N2气氛下，直接以5℃min-1的升温速率加热到500℃保温2h，N2流速为50sccm，随炉自然冷却至室温后得到Fe7S8@V2C@C复合材料。其扫描电镜图如图2(c)所示，X射线衍射图如图3所示。
步骤五、将Fe7S8@V2C@C、导电炭黑和聚偏氟乙烯按照8:1:1混合，搅拌均匀，然后涂覆于铜箔上，70℃真空干燥后得到电极，然后组装钠离子纽扣电池。
测试Fe7S8@V2C@C复合负极电化学性能，0.1mV s-1下的循环伏安曲线显示出了Fe7S8@V2C@C电极相应的氧化还原峰。首圈放电出现了0.6V左右不可逆的还原峰对应与固体电解质界面的形成，后续循环曲线重合程度较好表明了良好的可逆性。此外，0.1A g-1下，第一圈放电比容量为981.5mAh g-1，充电比容量为693.6mAh g-1，首圈库伦效率为70.7％；0.5A g-1下循环200圈后，容量为524.9mAh g-1；2A g-1下循环1000圈后，容量为206.2mAh g-1。0.1mV s-1下Fe7S8@V2C@C的循环伏安曲线如图4(a)所示，0.1A g-1下Fe7S8@V2C@C的恒流充放电曲线图如图4(b)所示。
下表是Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的性能参数汇总：
储钠电极材料 Fe<sub>7</sub>S<sub>8</sub> Fe<sub>7</sub>S<sub>8</sub>@C Fe<sub>7</sub>S<sub>8</sub>@V<sub>2</sub>C@C
首圈放电比容量(mAh g<sup>-1</sup>) 997.0 1218.5 981.5
首圈充电比容量(mAh g<sup>-1</sup>) 815.3 773.3 693.6
首圈库伦效率(％) 81.8 63.5 70.7
0.5A g<sup>-1</sup>下200圈后容量(mAh g<sup>-1</sup>) 17.8 358.4 524.9
2A g<sup>-1</sup>下1000圈后容量(mAh g<sup>-1</sup>) 12.5 166.9 206.2
0.5A g-1下Fe7S8、Fe7S8@C、Fe7S8@V2C@C的前200圈循环稳定性图和2A g-1下Fe7S8、Fe7S8@C、Fe7S8@V2C@C的前1000圈循环稳定性图分别如图5和图6所示。
从上表可以看出，Fe7S8经过碳包覆后，循环性能有了一定的提升，这得益于碳层可以缓解Fe7S8充放电过程中体积变化，但由于Fe7S8的团聚使容量依旧有待提升；Fe7S8@V2C@C复合材料中Fe7S8可以均匀地负载在V2C-MXene片层上，防止纳米颗粒团聚的现象，进一步包覆碳层后，电化学性能显著提升，明显优于其他样品。Fe7S8@V2C@C复合材料具有高的比容量以及优异的倍率性能，可用于高性能钠电池/钠电容的研制。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
S1：制备少层V2C：
采用水热法刻蚀V2C，将浓盐酸与NaF混合，缓慢加入V2AlC前驱体粉末，将溶液转移至特氟龙内衬的高压反应釜中，在85-95℃下反应2-3天；
然后将所得溶液离心洗涤，使上清液pH>5，-50℃下冷冻干燥后得到多层V2C；
将所得的多层V2C与插层剂四甲基氢氧化铵混合，室温磁力搅拌20-24h，离心洗去剩余插层剂后加入去离子水，在N2气氛下冰浴超声2-3h，之后在转速为3500-4500r min-1下离心30-40min，得到墨绿色上清液，-50℃下冷冻干燥后得到少层V2C粉末；
S2：制备Fe(OH)x@V2C复合材料：
取S1中制备的少层V2C粉末溶于去离子水中，在N2气氛下超声30-40min使其充分溶解，在溶液中快速加入FeCl2·4H2O，室温磁力搅拌30-40min，得到溶液A；
将乌洛托品与二水合柠檬酸钠溶于去离子水中，室温磁力搅拌0.5-1h得到溶液B；
将溶液A与溶液B快速混合，在65-70℃下磁力搅拌8-10h，过滤洗涤干燥，得到Fe(OH)x@V2C复合材料；
S3：制备Fe(OH)x@V2C@PDA复合材料：
将S3中制备的Fe(OH)x@V2C复合材料与三羟甲基氨基甲烷溶于去离子水中，室温磁力搅拌20-30min；然后在溶液中加入盐酸多巴胺，室温磁力搅拌20-24h，过滤干燥，得到Fe(OH)x@V2C@PDA复合材料；
S4：制备Fe7S8@V2C@C复合材料：
将S3中制备的Fe(OH)x@V2C@PDA复合材料与过量升华硫在玛瑙研钵中充分研磨混合后，放置在刚玉石英舟中，在N2气氛下高温碳化并硫化，随炉自然冷却至室温后，得到Fe7S8@V2C@C复合材料。
2.根据权利要求1所述的Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法，其特征在于，所述S1中浓盐酸浓度为8-9mol L-1，NaF与V2AlC质量比为1:1，浓盐酸与NaF质量比为20:1。
3.根据权利要求1所述的Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法，其特征在于，所述S1中四甲基氢氧化铵为质量分数为40％的水溶液，四甲基氢氧化铵与多层V2C的质量比为8:1；离心后加入的去离子水与多层V2C的质量比为100:1。
4.根据权利要求1所述的Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法，其特征在于，所述S2中去离子水与少层V2C粉末的质量比为2000:1，FeCl2·4H2O与少层V2C粉末的质量比为20:1。
5.根据权利要求1所述的Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法，其特征在于，所述S2中乌洛托品、二水合柠檬酸钠、去离子水的质量比为14:3:2000。
6.根据权利要求1所述的Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法，其特征在于，所述S2中溶液A和溶液B的体积比为1:1。
7.根据权利要求1所述的Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法，其特征在于，所述S3中Fe(OH)x@V2C复合材料、三羟甲基氨基甲烷与盐酸多巴胺质量比为5:12:10。
8.根据权利要求1所述的Fe7S8@V2C@C高倍率储钠电极材料的制备方法，其特征在于，所述S4中高温碳化并硫化具体为：以3-5℃min-1的升温速率加热到480-500℃保温1.5-2h，N2流速为50-60sccm。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115626669A (zh) * 2022-12-20 2023-01-20 江苏正力新能电池技术有限公司 一种转换型材料协同改性钠离子电池o3相层状氧化物的正极材料及其制备方法与应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130084474A1 (en) * 2010-03-18 2013-04-04 Randell L. Mills Electrochemical hydrogen-catalyst power system
CN106410145A (zh) * 2016-10-27 2017-02-15 南开大学 一种分级结构金属化合物/多孔碳纳米棒的制备方法
CN107983272A (zh) * 2016-10-26 2018-05-04 中国科学院化学研究所 硫化物包覆型颗粒及其制备方法与应用
CN108866633A (zh) * 2018-07-25 2018-11-23 四川理工学院 一种纳米vc晶须及其制备方法
CN111013624A (zh) * 2019-12-16 2020-04-17 佛山职业技术学院 一种氮掺杂多孔碳包覆金属纳米复合催化剂及其制备方法
CN112094121A (zh) * 2020-09-23 2020-12-18 宁波材料所杭州湾研究院 一种硫系中高熵max相固溶体材料及其制备方法与应用
CN113054187A (zh) * 2021-03-19 2021-06-29 东北大学 一种V2C-MXene/钴镍双金属氢氧化物复合材料制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130084474A1 (en) * 2010-03-18 2013-04-04 Randell L. Mills Electrochemical hydrogen-catalyst power system
CN107983272A (zh) * 2016-10-26 2018-05-04 中国科学院化学研究所 硫化物包覆型颗粒及其制备方法与应用
CN106410145A (zh) * 2016-10-27 2017-02-15 南开大学 一种分级结构金属化合物/多孔碳纳米棒的制备方法
CN108866633A (zh) * 2018-07-25 2018-11-23 四川理工学院 一种纳米vc晶须及其制备方法
CN111013624A (zh) * 2019-12-16 2020-04-17 佛山职业技术学院 一种氮掺杂多孔碳包覆金属纳米复合催化剂及其制备方法
CN112094121A (zh) * 2020-09-23 2020-12-18 宁波材料所杭州湾研究院 一种硫系中高熵max相固溶体材料及其制备方法与应用
CN113054187A (zh) * 2021-03-19 2021-06-29 东北大学 一种V2C-MXene/钴镍双金属氢氧化物复合材料制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115626669A (zh) * 2022-12-20 2023-01-20 江苏正力新能电池技术有限公司 一种转换型材料协同改性钠离子电池o3相层状氧化物的正极材料及其制备方法与应用

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