[發(fā)明專利]一種新型普魯士藍(lán)類鈉電池正極材料及其用途在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810448963.6 | 申請日： | 2018-05-11 |
| 公開（公告）號： | CN110474042A | 公開（公告）日： | 2019-11-19 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 胡勇勝;蔣禮威;陳立泉 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)院物理研究所 |
| 主分類號： | H01M4/485 | 分類號： | H01M4/485;H01M4/58;H01M10/054 |
| 代理公司： | 11539 北京慧誠智道知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) | 代理人： | 李楠<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入國 |
| 地址： | 100190 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 正極材料 鈉電池 原子構(gòu)型 材料成本 電動(dòng)汽車 晶體結(jié)構(gòu) 容量衰減 長壽命 高倍率 高電壓 高容量 儲(chǔ)能 應(yīng)用 溶解 水系 電網(wǎng) | ||
本發(fā)明公開了一種新型普魯士藍(lán)類鈉電池正極材料及其應(yīng)用，所述新型普魯士藍(lán)類鈉電池正極材料的通式為：NaxAyMn1?yFe(CN)6·zH2O，其中A為Fe或Cu，0＜x≤2，0＜y＜1，0＜z≤5；所述正極材料的晶體結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有Fe?N、Mn?N、Fe?C幾種鍵型連接的原子構(gòu)型，或者同時(shí)含有Cu?N、Mn?N、Fe?C幾種鍵型連接的原子構(gòu)型；這種新型普魯士藍(lán)類鈉電池正極材料大大改善了Mn?Fe基普魯士藍(lán)材料在水系中的Mn溶解和容量衰減問題，該材料不僅具有高電壓、高容量、高倍率、長壽命等特點(diǎn)，而且只含有Cu、Fe、Mn等常見元素，其材料成本極低。本發(fā)明適合在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及新能源儲(chǔ)能器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型普魯士藍(lán)類鈉電池正極材料及其用途。
背景技術(shù)
在發(fā)展風(fēng)能、太陽能等清潔能源新能源過程中，儲(chǔ)能成為限制可再生能源大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。在所有儲(chǔ)能體系中，電化學(xué)儲(chǔ)能以維護(hù)簡單、轉(zhuǎn)換效率高、靈活性等優(yōu)點(diǎn)得到各國政府和學(xué)者的廣泛關(guān)注。在電化學(xué)儲(chǔ)能中鋰離子電池以其高電壓、高容量、長循環(huán)壽命在人們生活中得到廣泛應(yīng)用。已經(jīng)從小的家用電器的應(yīng)用到高的能量密度、大功率的應(yīng)用設(shè)備，像電動(dòng)汽車、國家電網(wǎng)。但是由于鋰資源儲(chǔ)量有限且分布不均，隨著有限鋰資源的逐漸消耗，鋰的成本逐漸升高，鋰離子電池作為大規(guī)模儲(chǔ)能在未來肯定會(huì)受到很大限制。而鈉作為和鋰同一主族的堿金屬元素，具有儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)。室溫鈉離子電池的研究因此開始得到研究人員的關(guān)注。
近年來，鈉離子電池正極和負(fù)極材料的成為了研究熱點(diǎn)，尤其是各種的正極材料都以經(jīng)被報(bào)道了。比如層狀氧化物Na0.9Cu0.22Fe0.3Mn0.48O2【Adv.Mater.，2015，27，6928】，隧道結(jié)構(gòu)Na0.66Mn0.66Ti0.44O2【Adv.Energy Mater.，2015，5，1501005】，NASICON類型的Na3V2(PO4)3【Adv.Energy Mater.,2013,3,156】，以及普魯士藍(lán)類化合物NaxMnFe(CN)6·zH2O【Angew.Chem.Int.，Ed.2013，52，1964】。其中Mn-Fe基的普魯士藍(lán)類材料NaxMnFe(CN)6·yH2O由于具有高電壓、高容量、合成方法簡便且成本低廉等優(yōu)勢而成為最重要的發(fā)展方向之一。
然而Mn-Fe基的普魯士藍(lán)類材料存在兩個(gè)缺點(diǎn)：第一，用于有機(jī)體系時(shí)需要先脫掉結(jié)晶水水才能具有好的循環(huán)性能；第二，用于水系時(shí)則存在嚴(yán)重的Mn溶解問題，容量性會(huì)迅速衰減。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種新型普魯士藍(lán)類鈉電池正極材料及其用途，其中該正極材料不僅具有高電壓、高容量、高倍率、長壽命等特點(diǎn)，而且只含有Cu、Fe、Mn等常見元素，其材料成本極低。
本發(fā)明采用了Fe或者Cu的摻雜策略獲得了一種新的普魯士藍(lán)類材料NaxAyMn1-yFe(CN)6·zH2O，其中A為Fe或Cu，0＜x≤2，0＜y＜1，0＜z≤5。這種策略解決了Mn-Fe基的普魯士藍(lán)類材料的第二個(gè)缺點(diǎn)，抑制了Mn的溶解問題，使得Mn-Fe基的普魯士藍(lán)材料在水系具有極好的循環(huán)穩(wěn)定性，為Mn-Fe基的普魯士藍(lán)材料在水系中的應(yīng)用開辟了新的天地。
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