[发明专利]一种钠离子电池普鲁士蓝类似物正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池普鲁士蓝类似物正极材料及其制备方法，具体地说，所述正极材料的化学组成为Na₂Ni_0.4Co_0.6Fe(CN)₆，属于钠离子电池技术领域。

背景技术

传统化石能源的过度开采与利用，不仅造成了严重的环境污染，同时也带来了能源危机。清洁的可再生能源，例如：风能、太阳能、潮汐能等成为解决问题的关键，从而受到了人们的广泛关注。其实，这些能源由于存在周期性和不稳定性的特点，使其无法直接并入电网，为人类所用，只有通过储能装置将其进行储存之后，才可加以利用。二次电池是目前流行的储能系统，其中，锂离子电池由于其高能量密度和高工作电压的特点，成为清洁交通电源和便携式电子设备电源的首选。但是，锂资源的短缺以及锂离子电池生产成本的高昂是目前锂离子电池所面临的主要问题。现阶段全球易于开采的锂资源仅能够支持人类使用50年，虽然海水中含有大量的锂，但是其开发难度巨大，进行开发利用的同时也增加了锂离子电池的成本。另外，锂污染也在世界各地逐渐出现，锂离子电池更大规模的利用出现了许多难题。

钠元素与锂元素处于化学元素周期表中的同一主族，有着相似的性质。与锂离子电池相似，钠离子电池同样也可以作为储能载体。钠离子电池虽然在循环性能，库伦效率和能量密度方面不如锂离子电池，但是规模储能更看重的是电池体系的低成本和高安全性。从资源储量方面来讲，钠离子电池具有明显的优势，钠元素在地壳中的质量丰度为2.64％，而锂元素仅为0.006％，除此之外，海洋中也存在着大量的钠，这使得钠离子电池的生产成本要远远低于锂离子电池。安全性方面，钠离子电池的半电池电位比锂离子电池高(E⁰_Na⁺_/Na＝E⁰_Li⁺_/Li+0.3V)，适合采用分解电压更低的电解液。正是基于以上特点，钠离子电池被认为是规模储能方面代替锂离子电池的最佳选择。

上世纪九十年代钠离子电池的研究就已经展开，Ma et al采用Na_0.7CoO₂作为正极，Na₁₅Pb₄作为负极，聚合物作为电解液制作第一个钠离子二次电池(Tarascon J M,Armand M.Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries[J].Nature,2001,414(6861):359-367.)。Tarason等用传统固相法合成并研究了Na_0.44MnO₂/C作为电池正极材料时的性能(Sauvage F,Laffont L,Tarascon J.-M.Study of the Insertion/Deinsertion Mechanism of Sodium into Na_0.44MnO₂[J].Inorg Chem,2007,46:3289-3294.)，所述电池正极材料的倍率性能和容量保持率不尽人意，原位X射线衍射测试显示，所述电池正极材料结构随充放电电压变化关系复杂，这表明钠离子的脱嵌机理非常复杂。目前，文献报道的氧化物材料主要有Na_xCoO₂和Na_xMnO₂，这些材料也都出现了如上述正极材料一样的弊端。