普鲁士蓝类似物及其制备方法、阴极材料和应用技术

本发明专利技术涉及一种普鲁士蓝类似物及其制备方法、阴极材料和应用。普鲁士蓝类似物的制备方法，包括以下步骤：以水为溶剂，将铁氰化钾和硝酸锌进行共沉淀反应，得到反应液；将反应液静置，得到沉淀物；及将沉淀物干燥，得到化学式为K2Zn3[Fe(CN)6]2的普鲁士蓝类似物。上述普鲁士蓝类似物的制备方法操作简单，且能够得到晶粒大小在300nm左右、循环稳定性较好的普鲁士蓝类似物。

【技术实现步骤摘要】
普鲁士蓝类似物及其制备方法、阴极材料和应用
本专利技术涉及水系钠离子电池
，特别是涉及普鲁士蓝类似物及其制备方法、阴极材料和应用。
技术介绍
由于化石燃料的使用所带来的环境污染，可再生能源是一种有效的解决措施。大规模储能是有效利用间歇性可再生能源的关键战略。在最近的几十年里，研究者研究了许多种可充电电池，每一种都有其优点与缺点；但很少有一种电池能同时满足稳定性高、成本低和安全性高的特点。金属氢化物的能量密度低，锂离子电池原材料昂贵，且安全性能差。由于固有的安全性和低成本的特点，基于钠离子嵌入的水系电解质可充电电池被认为是最具有发展前景的下一代能源储存体系之一。钠的天然丰度和低成本进一步为这种技术提供了经济优势，并适用于可再生能源的大规模能量存储。大多数传统水系钠离子电池都满足低成本的要求，但是传统水系钠离子电池阴极材料的制备方法相对复杂，制得的材料的晶粒大小不一，不适合大规模生产应用。且传统水系钠离子电池的循环稳定性较差。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种方法简单且能够使普鲁士蓝类似物的晶粒大小均一、循环稳定性较好的普鲁士蓝类似物的制备方法。此外，还提供一种普鲁士蓝类似物、阴极材料及应用。一种普鲁士蓝类似物的制备方法，包括以下步骤：以水为溶剂，将铁氰化钾和硝酸锌进行共沉淀反应，得到反应液；将所述反应液静置，得到沉淀物；及将所述沉淀物干燥，得到化学式为K2Zn3[Fe(CN)6]2的普鲁士蓝类似物。在其中一个实施例中，所述铁氰化钾和所述硝酸锌的摩尔比为1∶1～1∶2。在其中一个实施例中，所述以水为溶剂，将铁氰化钾和硝酸锌进行共沉淀反应，得到反应液的步骤包括：将所述铁氰化钾和所述硝酸锌分别溶于水中，得到铁氰化钾溶液和硝酸锌溶液；在持续搅拌的条件下，将所述铁氰化钾溶液加入到所述硝酸锌溶液中；及继续搅拌15min～20min，得到所述反应液。在其中一个实施例中，所述铁氰化钾溶液的浓度为4mmol/L～8mmol/L，所述硝酸锌溶液的浓度为6mmol/L～12mmol/L。在其中一个实施例中，所述将所述反应液静置的步骤中，静置时间为20h～24h。在其中一个实施例中，所述将所述沉淀物干燥的步骤中，干燥温度为60℃～80℃，干燥时间为20h～24h。在其中一个实施例中，所述得到沉淀物的步骤之后，所述将所述沉淀物干燥的步骤之前，还包括对所述沉淀物进行洗涤的步骤。由上述普鲁士蓝类似物的制备方法制备得到的普鲁士蓝类似物。一种阴极材料，所述阴极材料包括活性材料，所述活性材料包括上述普鲁士蓝类似物。上述阴极材料在制备水系钠离子电池中的应用。上述普鲁士蓝类似物的制备方法操作简单，采用水溶液中的共沉淀方法，能够得到普鲁士蓝类似物，无须复杂的制备过程。通过共沉淀反应，及将反应液静置和对沉淀物进行干燥处理的步骤，能够使制备得到的普鲁士蓝类似物的晶粒大小稳定控制在300nm左右，大小均一，且实验证明，普鲁士蓝类似物的循环稳定性较好，能够作为水系钠离子电池阴极材料的活性材料。附图说明图1为一实施方式的普鲁士蓝类似物的制备方法的流程图；图2为实施例1制备得到的普鲁士蓝类似物的能谱分析图；图3为实施例1制备得到的普鲁士蓝类似物的XRD谱图；图4为实施例1制备得到的普鲁士蓝类似物的红外谱图；图5为实施例1制备得到的普鲁士蓝类似物的SEM图；图6为对比例1制备得到的普鲁士蓝类似物的SEM图；图7为实施例1制备得到的普鲁士蓝类似物在5mVs-1扫描速率下的循环伏安曲线；图8为对比例1制备得到的普鲁士蓝类似物在5mVs-1扫描速率下的循环伏安曲线；图9为实施例2制备得到的普鲁士蓝类似物的SEM图；图10为实施例3制备得到的普鲁士蓝类似物的SEM图；图11为对比例2制备得到的普鲁士蓝类似物的SEM图；图12为对比例3制备得到的普鲁士蓝类似物的SEM图；图13为对比例4制备得到的普鲁士蓝类似物的SEM图；图14为对比例5制备得到的普鲁士蓝类似物的SEM图；图15为实施例2制备得到的普鲁士蓝类似物在5mVs-1扫描速率下的循环伏安曲线；图16为实施例3制备得到的普鲁士蓝类似物在5mVs-1扫描速率下的循环伏安曲线；图17为对比例2制备得到的普鲁士蓝类似物在5mVs-1扫描速率下的循环伏安曲线；图18为对比例3制备得到的普鲁士蓝类似物在5mVs-1扫描速率下的循环伏安曲线；图19为对比例4制备得到的普鲁士蓝类似物在5mVs-1扫描速率下的循环伏安曲线；图20为对比例5制备得到的普鲁士蓝类似物在5mVs-1扫描速率下的循环伏安曲线。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将结合具体实施方式对本专利技术进行更全面的描述。具体实施方式中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。请参阅图1，一实施方式的普鲁士蓝类似物的制备方法，包括以下步骤：步骤S110：以水为溶剂，将铁氰化钾和硝酸锌进行共沉淀反应，得到反应液。其中，铁氰化钾和硝酸锌的摩尔比为1∶1～1∶2。具体地，硝酸锌为带结晶水的六水合硝酸锌。具体地，以水为溶剂，将铁氰化钾和硝酸锌进行共沉淀反应，得到反应液的步骤包括：将铁氰化钾和硝酸锌分别溶于水中，得到铁氰化钾溶液和硝酸锌溶液；在持续搅拌的条件下，将铁氰化钾溶液加入硝酸锌溶液中混合；及继续搅拌15min～20min，得到反应液。其中，铁氰化钾溶液的浓度为4mmol/L～8mmol/L，硝酸锌溶液的浓度为6mmol/L～12mmol/L。上述反应液的pH为4～5。上述铁氰化钾和硝酸锌进行共沉淀反应的步骤中，在水溶液中进行，无需添加酸性缓冲溶液，反应更安全。步骤S120：将反应液静置，得到沉淀物。具体地，静置时间为20h～24h。将反应液静置的步骤之后，得到沉淀物的步骤之前，还包括对反应液进行离心分离的步骤。步骤S130：将沉淀物干燥，得到化学式为K2Zn3[Fe(CN)6]2的普鲁士蓝类似物。其中，将沉淀物干燥的温度为60℃～80℃。干燥时间为20h～24h。在步骤S120和步骤S130之间还包括对沉淀物进行洗涤的步骤。具体地，分别采用去离子水和乙醇对沉淀物进行洗涤。洗涤次数各为三次。将沉淀物干燥的步骤之后，得到化学式为K2Zn3[Fe(CN)6]2的普鲁士蓝类似物的步骤之前，还包括：将沉淀物进行研磨的步骤。具体地，普鲁士蓝类似物的颜色为浅绿色。上述普鲁士蓝类似物的制备方法至少具有以下优点：(1)上述制备方法采用简单的共沉淀方法，无需复杂的制备流程，操作简单，易于实际生产。(2)上述制备方法得到的普鲁士蓝类似物的晶粒大小稳定控制在300nm左右。相比于传统的制备方法制备得到的普鲁士蓝类似物，具有更大的比表面积。且上述制备方法制备得到的普鲁士蓝类似物的循环稳定性较好。(3)上述制备方法在水溶液中即可进行，相比于传统的制备方法在酸性溶液中进行，更安全、稳定。(4)上述制备方法以铁氰化钾和硝酸锌为原料，原料成本低、易得。一实施方式的普鲁士蓝类似物由上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种普鲁士蓝类似物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以水为溶剂，将铁氰化钾和硝酸锌进行共沉淀反应，得到反应液；将所述反应液静置，得到沉淀物；及将所述沉淀物干燥，得到化学式为K2Zn3[Fe(CN)6]2的普鲁士蓝类似物。

【技术特征摘要】
1.一种普鲁士蓝类似物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以水为溶剂，将铁氰化钾和硝酸锌进行共沉淀反应，得到反应液；将所述反应液静置，得到沉淀物；及将所述沉淀物干燥，得到化学式为K2Zn3[Fe(CN)6]2的普鲁士蓝类似物。2.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类似物的制备方法，其特征在于，所述铁氰化钾和所述硝酸锌的摩尔比为1∶1～1∶2。3.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类似物的制备方法，其特征在于，所述以水为溶剂，将铁氰化钾和硝酸锌进行共沉淀反应，得到反应液的步骤包括：将所述铁氰化钾和所述硝酸锌分别溶于水中，得到铁氰化钾溶液和硝酸锌溶液；在持续搅拌的条件下，将所述铁氰化钾溶液加入到所述硝酸锌溶液中；及继续搅拌15min～20min，得到所述反应液。4.根据权利要求3所述的普鲁士蓝类似物的制备方法，其特征在于，所述铁氰化钾溶液的浓度为4m...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁鑫，吴文剑，范洪波，邱永福，金具涛，苏大为，汪国秀，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44