一种铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料及其制备方法。铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料具有如下化学式：Na

Iron based Prussian blue type sodium ion battery cathode material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料及其制备方法


本专利技术属于钠离子电池正极材料领域，更具体地，涉及一种铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料，以及该钠离子电池正极材料的制备方法。

技术介绍

在过去的几十年间，工业革命和高新技术产业的发展对整个世界产生了深远的影响，作为一种清洁环保的高效能源，锂离子电池引起了广泛的关注，也因此得到了空前的发展和广泛的研究应用。然而，随着电动汽车的大规模普及，智能电网时代也真正到来，对于锂金属资源的需求一步步加大，全球锂资源相对匮乏这一弊端已愈发严重，这将会直接影响与锂相关的各种原材料价格，极大的增加电池的制造成本，最终甚至影响新能源产业的发展。因此，当前急需寻求一个锂离子电池合适的替代品或补充品。钠金属由于其资源丰富、价格低廉的特点走进了人们的视野，同时，其安全环保、性能优异等优点在储能领域也受到了广泛的研究和关注。钠离子电池有着和锂离子电池相似的储能机理，有望成为大规模储能电站的最优选择之一。正极材料是当前制约钠离子电池性能的主要瓶颈，也就是“木桶效应”中的短板。因此，急需相应的研究来补足这一块短板。当前，铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料普遍面临的问题是比容量不高。在这种情况下，需要找到一种可以有效提高其容量的方法。铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料具有结构稳定性好、晶体结构易于调控、离子通道大等显著优点，是一类非常具有应用前景的钠离子电池正极材料。然而，铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料面临的问题也较为突出，如后期循环稳定性变差、结构坍塌以及电解液的分解等，这极大的阻碍了铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料的实用化进程。因此，开发出一种具有高能量密度、高功率密度、高比容量且循环稳定性良好的铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料是当前钠离子电池快速发展的迫切需求。

技术实现思路

本专利技术的目的是提供一种铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料及其制备方法。本专利技术的第一方面提供一种铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料，该铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料具有如下化学式Na
x
FeyFe(CN)6。其中，0<x<2，0<y<1。根据本专利技术的铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料，该Na
x
FeyFe(CN)6。其中，0<x<2，0<y<1的化学式均在本专利技术的保护范围内。
[0008]本专利技术的第二方面提供一种铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)按一定比例分别称取亚铁氰化钠水合物、硫酸亚铁水合物、焦磷酸钠水合物、抗坏血酸、氯化钠、聚乙烯吡咯烷酮，加入含有去离子水的烧杯中完全溶解；步骤(2)在惰性气体保护下，将步骤(1)得到的溶液使用蠕动泵进行混合；步骤(3)将步骤(2)得到的混合液进行搅拌，同时进行加热；
步骤(4)在惰性气体保护下，将步骤(3)搅拌后的溶液放于油浴中加热保温并老化；进一步的，步骤(1)中通水的烧杯提前通气处理。更进一步的，步骤(2)中蠕动泵的速度为0.8rpm。更进一步的，步骤(4)中加热的温度为80摄氏度。优选的，所述铁源为硫酸亚铁水合物。优选的，所述加热温度为80℃，时间为24h。优选的，添加剂之一为焦磷酸钠水合物。优选的，所述惰性气体为氩气。本专利技术具有以下优点：1、本专利技术为钠离子电池正极材料领域提供了一种高结晶性的铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料。2、本专利技术的材料没有引入其他贵金属，只进行了简单的添加剂的引入，材料颗粒粒径分布均匀。3、本专利技术的材料具有优异的比容量和大倍率放电性能。4、本专利技术的材料具有较高的充放电平台(3.3V(vs.Na
+
/Na))，在高电压器件上可得到较好的应用。5、本专利技术所述的铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料的电化学性能优异，是一种极具竞争力的新一代钠离子电池正极材料。
附图说明
图1为本专利技术铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料的XRD图；图2为本专利技术铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料的SEM图；图3为本专利技术铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料的Raman图；图4为本专利技术铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料的前三圈CV图；图5为本专利技术铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料的红外光谱图；图6为本专利技术铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料的首圈充放电。
具体实施方式
下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面通过具体的实施例对本专利技术进行进一步的说明。实施例1：制备钠离子电池正极用铁基普鲁士蓝材料本施实例中，制备方法的工艺如下：步骤(1)采用共沉淀的方法制备铁基普鲁士蓝材料。按计量比分别称取焦磷酸钠水合物(6mmol)，硫酸亚铁水合物(2mmol)，0.5g PVP
‑
K30,0.5g抗坏血酸，0.5g氯化钠以及亚铁氰化钠水合物(2mmol)，分别加入含有去离子水的烧杯中；步骤(2)在氩气气氛保护下，将步骤(1)得到的溶液使用蠕动泵进行混合，速度为
0.8rpm；步骤(3)将步骤(2)得到的溶液进行加热，加热温度为80摄氏度；步骤(4)在氩气气氛保护下，对步骤(3)加热后的溶液进行保温老化处理，温度为80摄氏度，时间为24小时；实施例1所得到的铁基普鲁士蓝材料的XRD图如图1所示。材料有着很强的衍射峰强度，说明添加剂引入后能提高其结晶性。图2为铁基普鲁士蓝钠离子电池正极材料的SEM图。从图中可以看出，铁基普鲁士蓝钠离子电池正极材料为均匀的微米级块状颗粒。图3为铁基普鲁士蓝钠离子电池正极材料的拉曼光谱。从图中可以看出，该材料有着明显的氰根的分峰。实施例2：制备钠离子扣式电池按7:2:1的质量比称取活性物质材料、科琴黑、粘结剂CMC溶液(2wt％)，利用微型震动球磨机得到混合浆料，然后将其均匀涂覆在涂碳铝箔上，100℃真空干燥12h后获得正极片。电解液为高氯酸钠盐电解液。以金属钠片为对电极，玻璃纤维GF/D为隔膜，于手套箱中组装成CR2032型扣式电池。图4为铁基普鲁士蓝钠离子电池正极材料在2.0
‑
4.2V电位窗口下的前三圈CV图。从图中可以看出两个氧化还原峰都有着较好的可逆性。图5为铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料的红外光谱图，从中可以看出各个基团的归属峰的位置。图6为铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料的首圈性能图。从图中可以看出，添加剂的引入可以极大的提升材料的比容量，同时具有较好的倍率性能。可见，本专利技术通过添加剂的引入制得的铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料是一种极具前景的高性能钠离子电池正极材料。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料，其特征在于，该普鲁士蓝型钠离子电池正极材料具有如下化学式：Na
x
FeyFe(CN)6。其中，0<x<2，0<y<1。2.如权利1所述的铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料，其特征在于具有添加剂的引入，所使用的添加剂例如：柠檬酸钠，抗坏血酸，聚乙烯吡咯烷酮等。3.根据权利要求1和2所述的铁基普鲁士蓝型钠离子电池正极材料，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)按比例分别称取钠源、铁源以及各种添加剂，加入含有去离子水的烧杯中使其完全溶解。步骤(2)在惰性气体的保护下，将步骤(1)得到的两杯溶液使用蠕动泵进行混合。步骤(3)将步骤(2)得到的混合液进行搅拌，同时对混合液进行加热。步骤(4)在惰性气体保护下，将步骤(3)搅拌完成后的溶液放于油浴锅中加...

【专利技术属性】
技术研发人员：侴术雷，黄佳祺，彭建，李丽，周琳，
申请(专利权)人：温州大学碳中和技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：