[发明专利]一种纳米普鲁士蓝钠离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米普鲁士蓝钠离子电池正极材料及其制备方法，属于钠离子电池技术领域。该正极材料的化学组成为Na_xFe[Fe(CN)₆]_y·nH₂O，制备方法为将亚铁氰化钠、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、还原剂溶于水和有机溶剂的混合溶液中得到盐溶液，在一定温度和时间下进行反应；获得固体沉淀物，然后洗涤沉淀物，真空干燥得到该正极材料。本发明的正极材料兼具高容量，高循环稳定性，高电压平台和高库伦效率的多重特点，为价格低廉且环境友好的新型储能钠离子电池正极材料；本发明的制备方法简单且易于控制，所用原材料在自然界分布广泛，价廉且环保，制得的正极材料性能稳定。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，更具体地说，涉及一种纳米普鲁士蓝钠离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

当今社会，便携式电子设备和电动车的迅速发展，促进了锂离子电池的发展。然而，随着对锂资源的需求加大，锂资源的不足已严重影响锂离子电池的发展。地球上钠资源储量充足，相比锂离子电池，钠离子电池成本更低，钠离子电池电位较锂离子电池低，安全性能高，在大规模储能方面具有潜在优势，因而受到人们的广泛关注。

钠离子电池的正极材料是钠离子电池性能的关键所在。目前，钠离子电池正极材料主要包括过渡金属氧化物、聚阴离子类、有机分子和聚合物、非晶材料等。聚阴离子类材料的框架结构十分稳固，具有高的充放电循环稳定性和安全性能。普鲁士蓝是一种聚阴离子类、绿色环保型材料，具有稳定的大框架和隧道结构。作为钠离子电池正极材料，理论比容量高达170mAh/g，循环稳定性好。Liu等人使用FeCl₂·4H₂O与Na₄Fe(CN)₆·10H₂O合成了纳米级普鲁士蓝(Liu Y,Qiao Y,Zhang W,et al.Sodium storage in Na-rich Na x FeFe(CN)₆,nanocubes[J].Nano Energy,2015,12:386-393.)，但是这种合成方法形成的普鲁士蓝纳米颗粒结晶度低，循环充放电过程中结构容易毁坏，稳定性差。You等人则将Na₄Fe(CN)₆·10H₂O作为单一铁源，合成了高结晶度的纳米级普鲁士蓝(You Y,Wu X L,Yin Y X,et al.High-quality Prussian blue crystals as superior cathode materials forroom-temperature sodium-ion batteries[J].EnergyEnvironmental Science,2014,7(5):1643-1647.)，但是合成的普鲁士蓝钠含量很低，钠铁含量之比仅为0.61：1.94，作为钠离子电池正极材料，钠含量偏低的普鲁士蓝表现出较低的比容量。为了提高普鲁士蓝中钠离子的含量，You等人通过在原料液中添加维生素C降低晶体缺陷，从而获得高钠含量的普鲁士蓝(You Y,Yu X,Yin Y,et al.Sodium iron hexacyanoferrate with high Nacontent as a Na-rich cathode material for Na-ion batteries[J].纳米研究(英文版),2015,8(1):117-128.)，但由于普鲁士蓝比表面积小，颗粒尺寸在1μm以上，造成比容量偏低。所以目前现有技术中普鲁士蓝钠含量低或颗粒尺寸大，作为钠离子电池正极材料时，电池倍率性能和循环充放电稳定性都差。

发明内容