[发明专利]一种高熵普鲁士蓝钠离子电池正极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及电极材料制备领域，具体涉及一种高熵普鲁士蓝钠离子电池正极材料的制备方法及其应用。本发明提供的高熵普鲁士蓝钠离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：将过渡金属盐和钠盐的溶液与亚铁氰化钠、柠檬酸钠、表面活性剂的溶液混合后搅拌反应，静置陈化，过滤，洗涤，干燥，得到所述高熵普鲁士蓝钠离子电池正极材料；其中，过渡金属盐中的金属离子为二价铁离子、二价锰离子、二价钴离子、二价镍离子和二价铜离子；所述亚铁氰化钠、柠檬酸钠、表面活性剂的溶液中柠檬酸钠的浓度为120‑3000mmol/L。本发明的制备方法得到的材料应用于钠离子电池可综合提高钠离子电池的循环稳定性，比容量和电压。

技术领域

本发明涉及电极材料制备领域，具体涉及一种高熵普鲁士蓝钠离子电池正极材料的制备方法及其应用。

背景技术

近年来，普鲁士蓝用于钠离子电池电极材料方面的研究逐渐深入。作为金属有机框架材料，普鲁士蓝是具有可调控的化学组成和物理性质的简单配位聚合物。然而，一元的普鲁士蓝化合物由于本身的物化性质导致了一些无法克服的难题。例如，在Fe基普鲁士蓝中，平均电压过低是纯铁基普鲁士蓝无法解决的难题；Mn、Co、Cu基普鲁士蓝材料由于对应过渡金属元素受姜泰勒效应影响严重，在充放电过程中极易发生过渡金属的溶出造成结构的破坏，从而降低了材料循环稳定性；Ni基普鲁士蓝材料，由于Ni在体系中表现为电化学惰性导致相应比容量低。

因此，单纯发展一元普鲁士蓝化合物，其制备得到的钠离子电池难以综合提高电池循环稳定性，比容量和电压。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中通过一元普鲁士蓝化合物制备得到的钠离子电池难以综合提高电池循环稳定性，比容量和电压的缺陷，从而提供一种高熵普鲁士蓝钠离子电池正极材料的制备方法及其应用。

本发明提供一种高熵普鲁士蓝钠离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：将过渡金属盐和钠盐的溶液与亚铁氰化钠、柠檬酸钠、表面活性剂的溶液混合后搅拌反应，静置陈化，过滤，洗涤，干燥，得到所述高熵普鲁士蓝钠离子电池正极材料；其中，过渡金属盐中的金属离子为二价铁离子、二价锰离子、二价钴离子、二价镍离子和二价铜离子；所述亚铁氰化钠、柠檬酸钠、表面活性剂的溶液中柠檬酸钠的浓度为120-3000mmol/L。

优选的，所述过渡金属盐的酸根离子选自硫酸根离子，氯离子，草酸根离子中的至少一种；

所述钠盐包括柠檬酸钠。

可以理解的，过渡金属盐可以为硫酸亚铁，硫酸锰，硫酸钴，硫酸镍，硫酸铜的混合物，或者氯化亚铁，氯化锰，氯化钴，氯化镍，氯化铜的混合物，或者草酸亚铁，草酸锰，草酸钴，草酸镍，草酸铜的混合物。

优选的，所述过渡金属盐和钠盐的溶液中过渡金属盐的浓度为20-1500mmol/L，钠盐的浓度为1000-4500mmol/L；

所述亚铁氰化钠、柠檬酸钠和表面活性剂的溶液中亚铁氰化钠的浓度为20-2000mmol/L，表面活性剂的浓度为0.2-0.6wt％。

优选的，所述过渡金属盐和钠盐的溶液与所述亚铁氰化钠、柠檬酸钠和表面活性剂的溶液的质量比为(1.2-1.6)∶(1.2-1.6)；

所述过渡金属盐和钠盐的溶液中二价铁离子、二价锰离子、二价钴离子、二价镍离子和二价铜离子的摩尔比为(0.9-1.1)∶(0.9-1.1)∶(0.9-1.1)∶(0.9-1.1)∶(0.9-1.1)。

优选的，所述搅拌反应温度为80-100℃，搅拌时间为1-3h，搅拌反应的搅拌速度为400-600rpm。

优选的，所述静置陈化温度为25-35℃，静置陈化时间为20-60h。

优选的，所述洗涤步骤采用的洗涤剂选自去离子水、乙醇中的至少一种。