[发明专利]一种高储钾普鲁士蓝电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种高储钾普鲁士蓝电极材料及其制备方法和应用。普鲁士蓝电极材料是通过铁粉在酸性溶液中生成二价铁离子和亚铁氰化钾共沉淀获得。制备方法，包括如下步骤：于抗坏血酸和柠檬酸的混合溶液中加入亚铁氰化钾，搅拌10‑20min后加入铁粉，将反应体系密闭，在室温下磁力搅拌2‑3h，陈化，过滤，所得固体物洗涤，干燥，得到高储钾普鲁士蓝电极材料。本发明提供的普鲁士蓝电极材料在钾离子电池中展现了高的充放电电压平台和质量比容量。本发明通过铁粉所产生的自保护气，降低了普鲁士蓝材料中铁的平均价态，提升了电极材料的储钾性能。

技术领域

本发明涉及电极材料领域，特别涉及一种高储钾普鲁士蓝电极材料的制备，及其在钾离子电池中的应用。

背景技术

伴随工业化的不断发展，各类储能器件不断发展，比如电容器、金属-空气电池、铅酸电池、金属离子电池等。由于高能量密度、高功率密度和长循环寿命等特点，锂离子电池获得了大规模的应用。但是锂价格不断提升，导致锂离子电池的成本越来越高。作为锂离子电池的替代品，钾离子电池被广泛的研究。钾具有丰富的地壳储量、较低的标准电极电势(-2.93V vs.SHE)和高理论容量(687mA h g^-1)，因此，钾离子电池展现了极大的储能潜力。为了提升钾离子电池的能量密度，寻找一个高储能且高电压的正极材料尤为重要。普鲁士蓝电极材料结构式为K₂Fe[Fe(CN)₆]，具有3D框架结构，较高的钾离子扩算速率，可在高电压下进行充放电反应，是性能优异的钾离子电池正极材料。然而，普鲁士蓝中参与配位的Fe²⁺极易发生氧化，从而导致材料储钾性能低，并且快速的共沉淀反应导致材料的结晶度低，晶体框架中的结晶水和空位不利于电极材料在钾离子电池中的长循环性能。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种高储钾能力、高电压、长循环的普鲁士蓝电极材料。

本发明的目的之二是提供普鲁士蓝电极材料在钾离子电池中的应用。

本发明采用的技术方案是：一种高储钾普鲁士蓝电极材料，所述高储钾普鲁士蓝电极材料，制备方法包括如下步骤：于抗坏血酸和柠檬酸的混合溶液中加入亚铁氰化钾，搅拌10-20min后加入铁粉，将反应体系密闭，在室温下磁力搅拌2-3h，陈化，过滤，所得固体物洗涤，干燥，得到高储钾普鲁士蓝电极材料。

优选地，上述的一种高储钾普鲁士蓝电极材料，所述抗坏血酸和柠檬酸的混合溶液中，按质量比，抗坏血酸:柠檬酸＝4:1。

优选地，上述的一种高储钾普鲁士蓝电极材料，所述陈化是，将反应体系在密闭环境下静置24h，促进普鲁士蓝材料更好的结晶。

优选地，上述的一种高储钾普鲁士蓝电极材料，所述洗涤是，将固体物先在酸中浸泡10-20min，去除多余铁粉，再用去离子水进行洗涤，除去残留杂质。

优选地，上述的一种高储钾普鲁士蓝电极材料，所述酸是盐酸。

本发明提供的一种高储钾普鲁士蓝电极材料作为正极材料在钾离子电池中的应用。

优选地，方法如下：用N-甲基-1-吡咯烷酮将高储钾普鲁士蓝电极材料、导电剂和粘结剂混合研磨成均匀且无颗粒感的浆料，将浆料均匀的涂到铝箔载流体上，烘干，制成正极极片；用玻璃纤维为隔膜；钾片为负极片；以六氟磷钾溶解到碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯中作为电解液，组装成纽扣钾离子电池。

优选地，所述导电剂是乙炔黑，所述粘结剂是聚偏氟乙烯。

优选地，按质量比，高储钾普鲁士蓝电极材料:乙炔黑:聚偏氟乙烯＝7:2:1。

优选地，所述高储钾普鲁士蓝电极材料在铝箔载流体上的负载量在0.6-1.9mgcm^-2的范围内。

优选地，按体积比，碳酸乙烯酯(EC):碳酸二乙酯(DEC)＝1:1。