[发明专利]一种普鲁士蓝类钠离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种普鲁士蓝类钠离子电池正极材料及其制备方法。将过渡金属盐和酒石酸溶于去离子水中形成溶液A，十水亚铁氰化钠和抗坏血酸溶于去离子水中形成溶液B，聚乙烯吡咯烷酮和氯化钠溶于去离子水中形成溶液C。将溶液A和溶液B通过蠕动泵同时加入到溶液C中，在N₂气氛中边加热边搅拌，直至滴加完毕后，溶液变成悬浮液；再把悬浮液保持加热搅拌12 h，最后在室温下陈化24 h，随后用去离子水和无水乙醇离心洗涤各三次，最后在120℃下真空干燥24 h，得到普鲁士蓝类正极材料。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，涉及一种酒石酸辅助共沉淀法合成普鲁士蓝类钠离子电池正极材料及其制备方法，特别是缓慢共沉淀法制备普鲁士蓝类材料的制备方法。

背景技术

随着传统化石能源的逐渐匮乏以及日益严重的环境问题，发展可再生能源成为必然趋势。可再生能源包括太阳能、水力、风力、潮汐能、海洋温差能等，然而大部分可再生能源都存在间断性和随机性，难以有效利用。因此，迫切需要发展性能优异的储能体系，而电化学储能是最为简便、绿色、高效的一种方式，成为大规模储能技术发展的主流，其中锂离子电池作为一类环保的储能体系，具有能量密度大，循环寿命长，工作电压高，自放电小，无记忆效应等优势，被认为是最具前景的储能电源，目前已广泛应用于各种便捷式电子设备的工作电源及移动式装备的动力电池，但锂离子电池的成本高昂以及锂资源短缺等问题在很大程度上限制了其广泛应用，为缓解锂离子电池原材料储量与供应问题，急需发展下一代更加优异的储能体系。因此，在此应用背景下，一些新型、廉价的储能电池如钠离子电池、锌离子电池以及钾离子电池等成为研究的热点，特别是钠离子电池，钠和锂位于同一主族，具有很多相似的物理和化学性质，并且钠资源丰富、分布广泛、成本低廉，在目前的研究中是最具发展前景的。

钠离子电池在工艺及技术方面与锂离子电池非常相近，但是钠离子的半径较大，在电极材料的嵌入脱出更困难，所以寻找合适的电极材料来进行储钠成为了一个巨大的挑战。与负极材料相比，正极材料的选择更为关键，需要满足原料丰富、比容量高、工作电压高及结构稳定等条件。在目前研究的各种钠离子电池正极材料中，普鲁士蓝正极材料具有开放框架结构，有利于充放电过程中半径较大的钠离子的脱嵌。普鲁士蓝类化合物的分子式可表示为Na₂M[Fe(CN)₆]（可简写为MHCF），其中M表示Fe、Co、Ni、Mn等过渡金属元素。其中，当M为Fe、Co、Mn等电化学活性元素时，材料的比容量较高，但循环性能不理想；而当Ni是电化学惰性元素，虽然材料的循环性能优异，但比容量较低。本专利通过选用酒石酸为螯合剂，通过减缓材料的结晶速率，来提高材料的结晶性，从而提高材料的比容量和循环性能。

发明内容