一种中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括如下步骤：S1：锰盐和聚吡咯烷酮PVP充分混合溶解得混合溶液；所述混合溶液中锰盐和PVP的摩尔比为1:5~200；S2：向混合溶液中加入亚铁氰化盐溶液，陈化，洗涤，干燥后即得所述中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料；所述锰盐和亚铁氰化盐的摩尔比为2:1~5。本发明专利技术提供的制备方法简单易行，重复性好，所用原材料廉价易得，产物稳定；该方法准备得到的中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料尺寸均一、分散均匀，电化学性能优异，作为锂离子电池正极材料时，在25mA/g电流密度下其比电容量高达166mAh/g，在50mA/g电流密度下循环充放电200次后，其比容量仍维持在初始比容量的90%左右，其库伦效率几乎为100%，证明该电极材料的循环稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于无机材料制备领域，具体涉及一种中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
能源是人类的一切活动的物质基础。与此同时，由于传统能源所造成的气候变化以及化石燃料的成本效益低下，已经成为了全球最显著的问题。现在迫切需要开发高效，清洁和可持续性发展的替代能源转换和储存技术。锂离子电池作为金属离子电池的一种，是最常见的可充电电池，由于其高能量和高功率密度，使得它被广泛应用于便携式电子产品，并且逐步应用于混合电动车，插电式混合动力电动车以及大型工业设备普鲁士蓝类似物由于其刚性的开放框架和开放性的孔隙位置，使得它们能够提供足够的空间和三维孔道来保证Li+、Na+、K+等离子的快速扩散，因此这类材料在能量储存领域越来越受到关注。此外，考虑到其简单的合成工艺、低成本、无毒害的特性，使得此类材料被大规模应用成为了可能。但是据报道普鲁士蓝类材料不适合应用于锂离子电池的正极材料中，因为Li+在普鲁士蓝结构内穿插时会破坏普鲁士蓝的晶格结构，而且在氧化还原过程中中间体的高溶解度以及对共沉淀合成中材料含水量的控制等困难，进一步增加了普鲁士蓝及其衍生物作为锂离子电池正极材料的挑战。提高电池的循环性能和改善电化学性能的一个有前景的策略是与其他材料复合以提高其电化学性能。例如Zhou等人通过简单的共沉淀法在CuFe-PBA上包覆了一层具有高稳定性的NiFe-PBA形成了一个核壳结构的复合材料，CuFe-PBA@NiFe-PBA纳米粒子做为锂离子电池正极材料在充放电电流密度为10mA/g时，其可逆比容量达到了99mAh/g。ZhumabayBakenov课题组通过一个简单的共同沉淀方法合成出NiHCF纳米颗粒，其表现出的初始比容量为52mAh/g。Ying等人通过原位复合合成了一种LiPB-PPy-PSS复合材料，利用与导电聚合物复合来提高普鲁士蓝在锂离子电池正极材料的电化学性能。这些研究表明普鲁士蓝及其衍生物的形貌结构对其电化学性能有很大的影响。可控合成纳米结构，例如核壳体系结构可以为各种应用提供优势。据我们所知，这是第一次报道关于使用可控制形态结构合成出一种中空核壳结构普鲁士蓝类似物。因此，开发一种循环稳定性高和电化学性能优异，可应作电极材料的中空核壳结构普鲁士蓝类似物具有重要的研究意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中普鲁士蓝及其衍生物不适合应用于作为锂离子电池的正极材料电池循环过程中结构被破坏从而导致电化学性能下降的缺陷和不足，提供一种中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料及其制备方法。本专利技术提供的中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料的制备方法可成功制备得到一种中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料，该电极材料尺寸均一、分散均匀，电化学性能优异，作为锂离子电池正极材料时，在25mA/g电流密度下其比电容量高达166mAh/g，在50mA/g电流密度下循环充放电200次后，其比容量仍维持在初始比容量的90%左右，其库伦效率几乎为100%，证明该电极材料的循环稳定性好；该制备方法简单易行，重复性好，所用原材料廉价易得，产物稳定。本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料。本专利技术的另一目的在于提供上述中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料在制备电池的正极材料中的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料的制备方法，包括如下步骤：S1：锰盐和聚吡咯烷酮PVP充分混合溶解得混合溶液；所述混合溶液中锰盐和PVP的摩尔比为1:5~200；S2：向混合溶液中加入亚铁氰化盐溶液，陈化，洗涤，干燥后即得所述中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料；所述锰盐和亚铁氰化盐的摩尔比为2:1~5。本专利技术提供了一种新的制备普鲁士蓝类似物电极材料的方法，该方法简单易行，重复性好，所用原材料廉价易得，产物稳定。通过该方法制备得到的电极材料尺寸均一、分散均匀，电化学性能优异，作为锂离子电池正极材料时，在25mA/g电流密度下其比电容量高达166mAh/g，在50mA/g电流密度下循环充放电200次后，其比容量仍维持在初始比容量的90%左右，其库伦效率几乎为100%，证明该电极材料的循环稳定性好。优选地，所述锰盐为醋酸锰、氯化锰或硫酸锰。优选地，所述亚铁氰化盐为亚铁氰化钾。优选地，所述锰盐和PVP的摩尔比为1:100。优选地，所述锰盐和亚铁氰化钾的摩尔比为1:1。优选地，所述陈化的温度为20～30℃，时间为6h～48h。优选地，所述洗涤的溶液为水和乙醇，所述干燥的温度为60～80℃，所述干燥的时间为12～24h。本专利技术还请求保护上述制备方法得到的中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料。上述中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料在制备电池的正极材料中的应用也在本专利技术的保护范围内。优选地，所述电池为锂离子电池。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供的制备方法简单易行，重复性好，所用原材料廉价易得，产物稳定；该方法准备得到的中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料尺寸均一、分散均匀，电化学性能优异，作为锂离子电池正极材料时，在25mA/g电流密度下其比电容量高达166mAh/g，在50mA/g电流密度下循环充放电200次后，其比容量仍维持在初始比容量的90%左右，其库伦效率几乎为100%，证明该电极材料的循环稳定性好。附图说明图1为本专利技术所制备的中空核壳结构普鲁士蓝类似物电极材料的X射线衍射图；图2为本专利技术所制备的中空核壳结构普鲁士蓝类似物电极材料的扫描电镜图；图3为本专利技术所制备的中空核壳结构普鲁士蓝类似物电极材料的透射电镜图；图4为本专利技术所制备的中空核壳结构普鲁士蓝类似物电极材料作为锂离子电池正极材料的恒流充放电性能图；图5为本专利技术所制备的中空核壳结构普鲁士蓝类似物电极材料作为锂离子电池正极材料的循环寿命性能图。具体实施方式下面结合实施例进一步阐述本专利技术。这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本专利技术的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本专利技术所要求保护的范围。实施例1本实施例提供一种中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料，其制备方法如下。（1）制备将0.6mmol醋酸锰和60mmolPVPK-30溶解于300mL去离子水中，形成溶液A。溶液B为0.3mmol亚铁氰化钾溶于60mL去离子水中。然后将溶液B缓慢地滴加至溶液A中，在室温下连续搅拌90分钟后，置于25℃下陈化24h，得到白色沉淀，将其离心分离，用去离子水和乙醇进行清洗，60℃下干燥12h得到浅粉色粉末，即为中空核壳结构普鲁士蓝类似物微米盒子。（2）性能测试：所得中空核壳结构普鲁士蓝类似物电极材料通过X射线衍射表征分析，结果如图1所示。图2为本实施例制备的中空核壳结构普鲁士蓝类似物的扫描电镜照片。从图2中可看出普鲁士蓝类似物形貌均一，均为球形，说明通过这种方法制备的中空核壳结构普鲁士蓝类似物有较好的均一性。图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：锰盐和聚吡咯烷酮PVP充分混合溶解得混合溶液；所述混合溶液中锰盐和PVP的摩尔比为1:5~200；S2：向混合溶液中加入亚铁氰化盐溶液，陈化，洗涤，干燥后即得所述中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料；所述锰盐和亚铁氰化盐的摩尔比为2:1~5。

【技术特征摘要】
1.一种中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：锰盐和聚吡咯烷酮PVP充分混合溶解得混合溶液；所述混合溶液中锰盐和PVP的摩尔比为1:5~200；S2：向混合溶液中加入亚铁氰化盐溶液，陈化，洗涤，干燥后即得所述中空核壳结构的普鲁士蓝类似物电极材料；所述锰盐和亚铁氰化盐的摩尔比为2:1~5。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述锰盐为醋酸锰、氯化锰或硫酸锰。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述亚铁氰化盐为亚铁氰化钾。4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述锰盐和PVP的摩尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：余林，叶文锦，符淑钗，韩胜博，程高，孙明，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44