[发明专利]一种钠离子电池正极材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种钠离子电池正极材料及其制备方法和用途。本发明提供的正极材料包括掺杂的普鲁士蓝，所述普鲁士蓝含钠元素，所述正极材料不含水。本发明提供的正极材料制备方法包括以下步骤：(1)对溶液A和溶液B进行混合操作，得到悬浮液，所述溶液A为亚铁氰化钠和氯化钠的混合溶液，所述溶液B为掺杂源和络合剂的混合溶液；(2)将步骤(1)得到的悬浮液进行固液分离，取固体并干燥，得到所述正极材料。本发明提供的钠离子电池正极材料呈现单电压平台、充放电性能优异，并且因为其不含水，所以特别适合用作固态钠离子电池的正极。本发明提供的正极材料制备方法工艺简单，成本低廉，适于产业化应用。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法和用途。

背景技术

近年来随着锂离子电池从便携式电子设备向大功率电动汽车、大规模储能电站和智能电网等的逐渐发展及应用，锂离子电池需求量日益增加，但有限的锂资源限制了锂离子电池的可持续发展。而钠储量丰富，钠离子电池将在大规模储能应用中是锂离子电池的重要补充。钠与锂位于同一主族，化学性质相似，因此构造与锂离子电池工作原理相似的钠离子电池是可行的。

然而，不管是锂离子电池还是钠离子电池，充放电过程中的安全问题是最突出的问题。而解决这一安全问题，最有效的途径之一就是发展固态离子电池。而正极材料往往对于离子二次电池的成本和性能有决定性作用。开发高性能、成本低的新型正极材料对于发展固态二次电池，同样是学术界的热点。普鲁士蓝类材料可以用于可逆脱嵌钠离子，该类材料与液态电解质构成电池体系，已经有不少报道，其理论容量高达170mAh/g,且储钠电位平台较高(高平台3.34V，低平台2.96V)，因此被认为是极有前途的正极材料之一。然而普鲁士蓝及其衍生物众多，常见的有铁锰基普鲁士蓝、铁镍基普鲁士蓝、铁铜基普鲁士蓝、铁钴基普鲁士蓝、铁铁基普鲁士蓝、铁锌基普鲁士蓝等。而这些普鲁士蓝在液态钠离子电池中的比容量参差不齐，并且循环性能也差别很大。此外，目前已报到的普鲁士蓝正极材料中，无法做到完全不含水，而含水的电极材料难以用于固态电池。

CN106920964A公开了一种过渡金属元素梯度取代的普鲁士蓝类钠离子电池正极材料及其制备方法。该材料由过渡金属元素从晶粒内部向表面按浓度梯度取代普鲁士蓝晶格中铁氮八面体内的铁离子，其分子式为Na_xM_yFe_1-y[Fe(CN)₆]_z·nH₂O，M为取代元素。该方案提供的普鲁士蓝类钠离子电池正极材料中含结晶水，难以在固态钠离子电池中应用。

因此，开发一种能够在固态钠离子电池中应用的普鲁士蓝类正极材料在本领域有重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种钠离子电池正极材料及其制备方法和用途。本发明提供的钠离子电池正极材料不含水，电化学性能优良，制备成本低廉，可应用于固态钠离子电池中。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种正极材料，所述正极材料包括掺杂的普鲁士蓝，所述普鲁士蓝含钠元素，所述正极材料不含水。

本发明提供的掺杂的普鲁士蓝钠离子电池正极材料结构缺陷少，结晶完整，因此可以做到不含任何形式的水，即，既不含有自由水也不含有结晶水。这一特性使得本发明提供的正极材料可以满足固态钠离子电池的要求。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述正极材料中掺杂的物质为二价过渡金属元素。