一种铁锰普鲁士蓝的制备方法及其水系锌电池应用技术

一种铁锰普鲁士蓝的制备方法及其水系锌电池应用，其属于金属离子电池正极材料制备的技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种铁锰普鲁士蓝的制备方法及其水系锌电池应用


[0001]本专利技术属于金属离子电池正极材料制备的
，具体涉及一种铁锰普鲁士蓝的制备方法及其水系锌电池应用
。

技术介绍

[0002]锂离子电池几十年来一直主导着储能领域，但锂资源贫瘠
、
有毒电解质和安全问题等严重阻碍了其进一步的大规模储能应用
。
水性锌电池因其低成本
、
高安全性，近年来显示出巨大的应用潜力
。
锌金属具有储量丰富
、
成本低廉
、
环境友好
、
氧化还原电位低
、
可逆性高的优点，在水系电解液中不仅更加安全，也大大降低了电池组装成本
。
通过借鉴锂离子电池，水系锌电池在正极材料方面取得了快速进展，如锰氧化物
、
钒氧化物
、
普鲁士蓝类似物等
。
普鲁士蓝类似物虽然具有高工作电压
、
高倍率性能和高能量密度，但其自身的晶体缺陷问题制约着其进一步发展
。
由于其在水溶液中合成，因此极易产生
Fe(CN)6空位，空位被水分子所占据，最终导致材料中含有大量的吸附水和结合水
。
在充放电过程中，高浓度的水含量导致材料结构发生畸变甚至坍塌，使得电化学稳定性下降
。
同时，
Fe(CN)6是普鲁士蓝类似物充放电过程中氧化还原反应的容量贡献位点，高浓度缺陷会导致反应物中反应位点缺失，仅有部分
Fe
参与氧化还原，导致比容量下降，所制备的普鲁士蓝材料表现出比容量低
(<70mAh g
‑1)
的瓶颈问题
。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术旨在提供一种低成本
、
可规模化制备，同时具有低含水量
、
低缺陷和高结晶度的普鲁士蓝正极材料制备方法及水系锌电池应用
。
为了实现上述专利技术目的，解决现有技术中所存在的问题，本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种铁锰普鲁士蓝的制备方法，包括如下步骤：
[0004](1)
溶液配置：将
K4Fe(CN)6·
3H2O
溶解在去离子水中得到溶液
A
，将
FeSO4·
7H2O、MnSO4·
H2O
以及配位剂溶解在去离子水中得到溶液
B
；
[0005]其中，溶液
A
中
K4Fe(CN)6的浓度为
0.02mol L
‑1～
0.06mol L
‑1，溶液
B
中
FeSO4的浓度为
0.008mol L
‑1～
0.04mol L
‑1、MnSO4的浓度为
0.02mol L
‑1～
0.04mol L
‑1，配位剂的浓度为
0.008mol L
‑1～
0.3mol L
‑1。
[0006](2)
共沉淀合成：将溶液
B
以一定速率加入溶液
A
，搅拌混合，老化后，将形成的沉淀物离心分离，用乙醇和去离子水洗涤；于
70
‑
90℃
真空烘箱中干燥，得到铁锰普鲁士蓝正极材料
。
[0007]步骤
(1)
中配位剂的选择为乙二胺四乙酸二钾盐
、
柠檬酸三钾中的一种
。
步骤
(2)
中溶液
B
的加入速率为
6mL min
‑1～
12mL min
‑1。
[0008]步骤
(2)
中反应温度为
5℃
～
60℃。
[0009]所述铁锰普鲁士蓝正极材料应用于水系锌电池中
。
[0010]进一步的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)
溶液配置：将
1mmol
～
3mmol K4Fe(CN)6·
3H2O
溶解在
50mL
去离子水中得到溶液
A
，将
0.4mmol
～
2mmol FeSO4·
7H2O、1mmol
～
2mmol MnSO4·
H2O
以及
0.4mmol
～
10mmol
配位剂溶解在
50mL
去离子水中得到溶液
B
；
[0012](2)
共沉淀合成：将溶液
B
以
6mL min
‑1～
12mL min
‑1加入溶液
A
，在
5℃
～
60℃
下搅拌混合，老化
24h
后，将形成的沉淀物离心分离，用乙醇和去离子水洗涤
。
于
80℃
真空干燥箱中干燥
15h
，得到铁锰普鲁士蓝正极材料
。
[0013]作为本专利技术的优选技术方案，水系锌电池正极铁锰普鲁士蓝材料的制备方法中：
[0014]进一步地，步骤
(1)
中配位剂的选择为乙二胺四乙酸二钾盐
、
柠檬酸三钾中的一种
。
[0015]步骤
(1)
中乙二胺四乙酸二钾盐的量分别为
2.5mmol
，
1.7mmol
，
1.2mmol
，
0.7mmol
，
0.4mmol。
[0016]步骤
(2)
中溶液
B
的加入速率为
6mL min
‑1，
9mL min
‑1，
12mL min
‑1。
[0017]步骤
(2)
中合成温度为
5℃
，
25℃
，
60℃。
[0018]本专利技术还提供一种采用上述铁锰普鲁士蓝材料制备得到的全电池，其包括如下步骤：
[0019]正极制备：将
70mg
正极铁锰普鲁士蓝材料，
20mg
乙炔黑，
10mg
聚偏氟乙烯在研钵中研磨
20min
，加入几滴
N
‑
甲基吡咯烷酮，再研磨
5min
，得到浆料，将浆料均匀涂覆在集流体表面并在
60℃
下真空干燥
3h
，得到负载量为1‑
3mg c本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种铁锰普鲁士蓝的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括步骤如下：
(1)
溶液配置：将
K4Fe(CN)6·
3H2O
溶解在去离子水中得到溶液
A
，将
FeSO4·
7H2O、MnSO4·
H2O
以及配位剂溶解在去离子水中得到溶液
B
；其中，溶液
A
中
K4Fe(CN)6的浓度为
0.02mol L
‑1～
0.06mol L
‑1，溶液
B
中
FeSO4的浓度为
0.008mol L
‑1～
0.04mol L
‑1、MnSO4的浓度为
0.02mol L
‑1～
0.04mol L
‑1，配位剂的浓度为
0.008mol L
‑1～
0.3mol L
‑1。(2)
共沉淀合成：将溶液
B
以一定速率加入溶液
A
，搅拌混合，老化后，将形成的沉淀物离心分离，用乙醇和去离子水洗涤；于
70
‑
90℃
真空烘箱中干燥，得到铁锰普鲁士蓝正极材料
。2.
根据权利要求1所述的一种铁锰普鲁士蓝的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中配位剂的选择为乙二胺四乙酸二钾盐
、
柠檬酸三钾中的一种
。3.
根据权利要求1所述的一种铁锰普鲁士蓝的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨琪，姜娜，邱介山，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：