[發明專利]一種普魯士藍類鈉離子電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110673532.1
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113488646A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 張露露;陳朝堯;魏程;傅心遠;楊學林
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/054;C01C3/08;C01C3/11;C01C3/12
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明涉及一種普魯士藍類鈉離子電池正極材料及其制備方法。將過渡金屬鹽和酒石酸溶于去離子水中形成溶液A，十水亞鐵氰化鈉和抗壞血酸溶于去離子水中形成溶液B，聚乙烯吡咯烷酮和氯化鈉溶于去離子水中形成溶液C。將溶液A和溶液B通過蠕動泵同時加入到溶液C中，在N₂氣氛中邊加熱邊攪拌，直至滴加完畢后，溶液變成懸浮液；再把懸浮液保持加熱攪拌12 h，最后在室溫下陳化24 h，隨后用去離子水和無水乙醇離心洗滌各三次，最后在120℃下真空干燥24 h，得到普魯士藍類正極材料。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池技術領域，涉及一種酒石酸輔助共沉淀法合成普魯士藍類鈉離子電池正極材料及其制備方法，特別是緩慢共沉淀法制備普魯士藍類材料的制備方法。

背景技術

隨著傳統化石能源的逐漸匱乏以及日益嚴重的環境問題，發展可再生能源成為必然趨勢。可再生能源包括太陽能、水力、風力、潮汐能、海洋溫差能等，然而大部分可再生能源都存在間斷性和隨機性，難以有效利用。因此，迫切需要發展性能優異的儲能體系，而電化學儲能是最為簡便、綠色、高效的一種方式，成為大規模儲能技術發展的主流，其中鋰離子電池作為一類環保的儲能體系，具有能量密度大，循環壽命長，工作電壓高，自放電小，無記憶效應等優勢，被認為是最具前景的儲能電源，目前已廣泛應用于各種便捷式電子設備的工作電源及移動式裝備的動力電池，但鋰離子電池的成本高昂以及鋰資源短缺等問題在很大程度上限制了其廣泛應用，為緩解鋰離子電池原材料儲量與供應問題，急需發展下一代更加優異的儲能體系。因此，在此應用背景下，一些新型、廉價的儲能電池如鈉離子電池、鋅離子電池以及鉀離子電池等成為研究的熱點，特別是鈉離子電池，鈉和鋰位于同一主族，具有很多相似的物理和化學性質，并且鈉資源豐富、分布廣泛、成本低廉，在目前的研究中是最具發展前景的。

鈉離子電池在工藝及技術方面與鋰離子電池非常相近，但是鈉離子的半徑較大，在電極材料的嵌入脫出更困難，所以尋找合適的電極材料來進行儲鈉成為了一個巨大的挑戰。與負極材料相比，正極材料的選擇更為關鍵，需要滿足原料豐富、比容量高、工作電壓高及結構穩定等條件。在目前研究的各種鈉離子電池正極材料中，普魯士藍正極材料具有開放框架結構，有利于充放電過程中半徑較大的鈉離子的脫嵌。普魯士藍類化合物的分子式可表示為Na₂M[Fe(CN)₆]（可簡寫為MHCF），其中M表示Fe、Co、Ni、Mn等過渡金屬元素。其中，當M為Fe、Co、Mn等電化學活性元素時，材料的比容量較高，但循環性能不理想；而當Ni是電化學惰性元素，雖然材料的循環性能優異，但比容量較低。本專利通過選用酒石酸為螯合劑，通過減緩材料的結晶速率，來提高材料的結晶性，從而提高材料的比容量和循環性能。

發明內容