[发明专利]一种钠离子电池正极材料锰基普鲁士白的制备方法以及一种钠离子电池

说明书

本发明提供了一种钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤，首先在保护性气氛下，将钾源、螯合剂与溶剂混合后，得到溶液A；在保护性气氛下，将锰源、过渡金属源化合物、螯合剂与溶剂继续混合后，得到溶液B；然后在保护性气氛下，将上述步骤得到的溶液A和溶液B再次混合进行反应后，陈化，得到过渡金属掺杂的锰基普鲁士白正极材料。本发明通过螯合剂的使用，提高了产物的结晶性，所得材料具有高的容量以及长的循环稳定性；而且在合成过程中加入过渡金属元素镍、铜、锌等，可以有效地抑制锰离子的姜泰勒效应，本发明提供的锰基普鲁士白正极材料，展现出优异的倍率性能以及稳定的循环性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池正极技术领域，涉及一种钠离子电池正极材料的制备方法以及一种钠离子电池，尤其涉及一种钠离子电池正极材料锰基普鲁士白的制备方法以及一种钠离子电池。

背景技术

随着能源短缺和环境污染形势的日益严峻，急需开发太阳能、风能等新能源缓解能源和环境危机。而由于新能源对气候、地域等的依赖性，发展相应的能源储存技术迫在眉睫。在众多的新一代能源储存器件当中，具有高能量密度、循环寿命长、温度适应性好、绿色环保等特点的锂离子电池在新能源储存技术当中占有不可替代的地位。目前，锂资源的开发进度与储备情况严重不匹配，而与锂元素处于同一主族的钠元素与锂有着相似的理化性质，且具有高的天然丰度(≈0.36％)，与锂离子电池相比，钠离子电池展现出更为广阔的前景。

目前报道的钠离子电池正极材料主要有层状过渡金属氧化物，钒基聚阴离子以及普鲁士蓝及其类似物三大类。其中，层状过渡金属氧化物在循环过程中体积变化大，结构不稳定，钒基聚阴离子含有强累积毒性的钒元素。与两者相比，普鲁士蓝类正极材料合成简单高效，绿色无污染，展现出广阔的大规模生产应用前景。

锰基普鲁士白正极材料作为普鲁士蓝类正极材料的一种，有着高的容量和工作电压，丰富的元素储量以及易于合成等优势展现出最大的潜力。然而，铁氰根缺陷的存在，二价锰离子的姜泰勒畸变和低的电子导电性等因素，导致材料的循环稳定性较差。

因此，如何找到一种更为适宜的方式，提高锰基普鲁士白正极材料的循环稳定性，已成为业内诸多研究人员广为关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种钠离子电池正极材料的制备方法以及一种钠离子电池，特别是一种钠离子电池正极材料锰基普鲁士白的制备方法。本发明制备的锰基普鲁士白正极材料具有高的容量以及长的循环稳定性，而且是一种简单高效，绿色无污染，原料价格低廉，具有广阔的大规模生产应用前景等优势的锰基普鲁士白正极材料的制备方法。将本发明中的锰基普鲁士白正极材料用于钠金属半电池当中，电池展现出优异的倍率性能以及稳定的循环性能，具有广泛的应用前景。

本发明提供了一种钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)在保护性气氛下，将钾源、螯合剂与溶剂混合后，得到溶液A；

在保护性气氛下，将锰源、过渡金属源化合物、螯合剂与溶剂继续混合后，得到溶液B；

2)在保护性气氛下，将上述步骤得到的溶液A和溶液B再次混合进行反应后，陈化，得到过渡金属掺杂的锰基普鲁士白正极材料。

优选的，所述保护性气氛包括氮气和/或惰性气体；

所述钾源包括亚铁氰化钾；

所述螯合剂包括乙二胺四乙酸二钾和/或柠檬酸钾。

优选的，所述溶剂包括水、乙醇和乙二醇中的一种或多种；

所述溶液A的制备过程中，所述钾源与螯合剂的摩尔比为1：(10～80)；

所述溶液A的制备过程中，所述钾源与溶剂的质量比为1：(40～100)。

优选的，所述锰源包括硝酸锰、氯化锰、乙酸锰和硫酸锰中的一种或多种；