[發(fā)明專利]一種基于鎳普魯士藍(lán)正極材料的水系鈉離子全電池及其制備方法與應(yīng)用

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• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111525129A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱楠;沈劉學(xué);江禹;馬俊林;孫同睿
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/36;C01C3/08
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 周媛媛;李馨

1.一種鎳普魯士藍(lán)正極材料，其特征在于，所述鎳普魯士藍(lán)正極材料的晶體結(jié)構(gòu)是單斜相，空間群屬于P21/n，微觀形貌為納米立方體。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳普魯士藍(lán)正極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將氯化鎳和檸檬酸鈉/焦磷酸鈉溶解在去離子水中形成溶液A；

(2)將亞鐵氰化鈉溶解于去離子水中形成溶液B；

(3)將聚乙烯吡咯烷酮和氯化鈉溶解在去離子水中形成溶液C；

(4)將溶液A和B同時滴加到溶液C中，室溫下連續(xù)攪拌并老化一段時間后，將沉淀物離心分離，洗滌、干燥，即得。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中氯化鎳和檸檬酸鈉/焦磷酸鈉的摩爾比為1:1～5，溶液A中氯化鎳的終濃度是0.05～0.2mol/L；步驟(2)中溶液B中亞鐵氰化鈉的終濃度為0.05～0.2mol/L；步驟(3)中聚乙烯吡咯烷酮和氯化鈉的質(zhì)量比為1:1～2，溶液C中聚乙烯吡咯烷酮的終濃度是0.01～0.05g/mL；步驟(4)中洗滌的方法為：分別依次用去離子水和乙醇洗滌至少3次；干燥的方法為：在真空烘箱中干燥；步驟(4)中攪拌的時間為4～6h，老化的時間為12～24h。

4.一種基于鎳普魯士藍(lán)正極材料的水系鈉離子全電池，其特征在于，所述全電池以權(quán)利要求1所述的鎳普魯士藍(lán)正極材料為正極片，以碳包覆磷酸鈦鈉負(fù)極材料為負(fù)極片，以水溶性的鈉鹽溶液為電解液。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于鎳普魯士藍(lán)正極材料的水系鈉離子全電池，其特征在于，所述水溶性的鈉鹽溶液包括硫酸鈉水溶液、氯化鈉水溶液、高氯酸鈉水溶液。

6.權(quán)利要求4或5所述的基于鎳普魯士藍(lán)正極材料的水系鈉離子全電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(a)利用水熱法與高溫固相法合成碳包覆磷酸鈦鈉納米花負(fù)極材料；

(b)將權(quán)利要求1所述的鎳普魯士藍(lán)正極材料與導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑按6～8:3～1:1的質(zhì)量比混合后加入乙醇溶劑研磨，得到混合漿料，利用輥壓機(jī)將混合漿料負(fù)載到不銹鋼集流體上制成正極片；按照相同的方法將鎳普魯士藍(lán)正極材料替換成碳包覆磷酸鈦鈉納米花負(fù)極材料后制備負(fù)極片；

(c)在無需控制水氧條件下，以鈉鹽水溶液為電解液，組裝出基于鎳普魯士藍(lán)正極材料的水系鈉離子全電池。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(a)中碳包覆磷酸鈦鈉納米花負(fù)極材料的制備方法包括如下步驟：將鈦酸四丁酯滴加入乙二醇中攪拌形成溶液A₁，溶液A₁中鈦酸四丁酯的終濃度是0.1～0.2mol/L；按終產(chǎn)物中元素比例Na:Ti:P為1:2:3的原則將磷酸二氫鈉、磷酸添加到去離子水中攪拌均勻，然后加入與磷酸二氫鈉等物質(zhì)的量的葡萄糖形成溶液B₁，將溶液B₁倒入溶液A₁中連續(xù)攪拌1～2h，得混合溶液；然后將混合溶液轉(zhuǎn)移到高壓釜中，在120～180℃下保持6～24h；反應(yīng)完成后，在鼓風(fēng)干燥箱中將溶液蒸干；最后，在氬氣氛圍保護(hù)條件下，將蒸干后的殘留物在300～350℃下預(yù)熱2h，在700～800℃下退火4h，即得。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(b)中的導(dǎo)電劑包括科琴黑；粘結(jié)劑包括20wt％～60wt％聚全氟乙烯的水分散液。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(c)中組裝的方法為：將正極殼、正極片、隔膜、負(fù)極片、墊片、彈片、負(fù)極殼按順序堆疊在一起，其中，在放置隔膜之后，在隔膜上滴加電解液使正極片和隔膜浸潤，然后再放置負(fù)極片；然后利用液壓紐扣電池封裝機(jī)進(jìn)行封裝，全程無需控制水氧條件；步驟(c)中的鈉鹽包括硫酸鈉、氯化鈉、高氯酸鈉。

10.權(quán)利要求4或5所述的基于鎳普魯士藍(lán)正極材料的水系鈉離子全電池的應(yīng)用，其特征在于，所述全電池作為儲能設(shè)備在太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、智能電網(wǎng)調(diào)峰、分布電站、后備電源以及通信基站中的應(yīng)用。