【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池正极材料领域，特别涉及一种具有阶梯结构的类普鲁士白材料的制备及在钠离子电池中的应用。
技术介绍
1、随着人类社会的发展，化石能源枯竭，且环境问题日益加剧。可再生能源的发展则至关重要。但可再生能源如风能、太阳能、潮汐能等都对天气具有依赖性，具有很强的不确定性，因此则需要大规模储能技术将电力储存，从而实现安全、连续且稳定的供电。在众多蓬勃发展的储能技术当中，电化学储能应用占有巨大的市场份额，这其中锂离子电池由于具有能量密度大、输出电压高、自放电小、没有记忆效应、工作温度范围宽、可快速充放电等优点，在便携式电子设备以及电动汽车等领域具有广泛应用。但是，锂资源含量低且分布不均匀影响其进一步发展，尤其是在大规模储能领域中的应用。
2、钠资源含量丰富、且在全球广泛分布，低廉的价格及与锂离子电池相似的工作原理促使钠离子电池成为大规模储能技术的核心研究方向之一。但由于钠离子相对于锂离子来说具有更大的离子半径，在相似结构中占位不尽相同，因此需要具有较大孔道的材料才能作为钠离子电池的正极材料。普鲁士蓝及其类似物作为一类mof材料，具有间隙大、孔道宽的优点，可以充分容纳钠离子，并有利于钠离子的嵌入/脱出。其包含ma和mb两个过渡金属位点均有活性，可以进行可逆的氧化还原反应，因此其具有较高的理论比容量。但在实际应用中，缺陷的存在会导致其较差的倍率性能和循环稳定性，从而限制了其在钠离子电池中性能的发挥。
技术实现思路
1、针对现有技术中，普鲁士蓝类钠离子电池正极材料的倍率
2、在钠离子电池中，普鲁士蓝类正极材料倍率性能以及循环性能差的主要原因是：材料在合成过程中引入缺陷，[mb(cn)6]空位的存在一方面会破坏骨架结构，造成晶格畸变，另一方面还会阻碍电子传导，增加材料的欧姆极化。[mb(cn)6]空位增加更会导致结合水的增多，在高电位下与电解液会发生副反应，导致材料的稳定性进一步变差。针对这些问题，本专利技术拟通过合成方法，一方面从晶体结构出发，利用较慢的反应速率合成具有高完整性的低空位晶体材料，并通过几种不同温度加热的方法调控晶体结构中的结合水含量，实现低缺陷类普鲁士白材料的合成。另一方面，从形貌方面出发，较大的初级立方体的存在增加了材料的稳定性，而利用螯合剂合成具有阶梯结构的团簇粒子又增加了其与电解液的接触面积，促进了钠离子的传输。二者相互平衡使类普鲁士白材料在钠离子电池中同时具有优异的倍率性能和循环稳定性。
3、本专利技术涉及一种具有阶梯结构的类普鲁士白材料的制备及在钠离子电池中的应用。
4、所述具有阶梯结构的类普鲁士白正极材料的组成为naxfe[fe(cn)6]y·□1-y·mh2o(其中1.2＜x＜2，0.7＜y＜1，0＜m＜3，□代表[fe(cn)6]空位)；
5、所述具有阶梯结构的类普鲁士白正极材料的制备步骤为：将na4fe(cn)6·10h2o溶于200ml超纯水中，形成浓度为15-25mm的溶液a；将10-20g柠檬酸钠溶于浓度为25-35mm的feso4·7h2o溶液中；搅拌1.5-3h后，将溶液a快速倒入溶液b中，搅拌15-25min后，室温老化5-8h，去除上清液后离心分离，用去离子水及乙醇洗涤，转移到真空干燥箱中在60-180℃真空干燥整晚，得到具有阶梯结构的类普鲁士白材料。
6、将所制备的具有阶梯结构的类普鲁士白材料作为正极活性物质，与super p(超导电炭黑)，pvdf(聚偏氟乙烯)以7:2:1的质量比混合后，加入适量nmp搅拌后，将浆料涂覆在al箔上，经过60℃，整晚干燥后，裁取圆片作为正极；以金属钠片作为负极；玻璃纤维膜作为隔膜；1m naclo4溶于ec/dec(1:1体积比)溶液作为电解液；采用cr2016扣式电池，按照正极壳体、正极极片、隔膜、电解液、负极极片、垫片、弹簧片、负极壳体的顺序依次叠放，压紧后组装成钠离子电池进行性能测试。
7、本专利技术的优点及有益效果：本专利技术通过添加适量螯合剂的共沉淀法制备，并采用较高温的真空干燥过程得到。阶梯结构的类普鲁士白材料具有丰富的接触面，可以与电解液良好接触，从而缩短钠离子的迁移路径；适当温度干燥减少类普鲁士白材料中的间隙水含量，一方面减弱其与电解液发生的副反应，另一方面较少的缺陷使类普鲁士白材料的框架结构稳定，因此作为钠离子电池正极材料展现出较高的倍率性能和循环稳定性。同时该方法工艺简单，成本低廉，具有非常好的使用前景。
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1.一种类普鲁士白材料的制备方法，其特征在于：使用共沉淀法制备而成，具体过程为：
2.一种权利要求1所述制备方法制备获得的普鲁士白材料。
3.根据权利要求2所述的类普鲁士白材料，其特征在于：其组成为NaxFe[Fe(CN)6]y·□1-y·mH2O(其中1.2＜x＜2，0.7＜y＜1，0＜m＜3，□代表[Fe(CN)6]空位)，优选Na1.41Fe[Fe(CN)6]0.82·1.74H2O。
4.一种权利要求1所述制备方法制备获得的类普鲁士白材料在钠离子电池中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述类普鲁士白材料作为正极活性材料应用于钠离子电池中。
【技术特征摘要】
1.一种类普鲁士白材料的制备方法，其特征在于：使用共沉淀法制备而成，具体过程为：
2.一种权利要求1所述制备方法制备获得的普鲁士白材料。
3.根据权利要求2所述的类普鲁士白材料，其特征在于：其组成为naxfe[fe(cn)6]y·□1-y·mh2o(其中1.2＜x＜2，0.7＜y＜1，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王子楠，李先锋，郑琼，王军虎，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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