[发明专利]一种普鲁士白正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种普鲁士白正极材料及其制备方法与应用，所述制备方法包括如下步骤：混合亚铁盐、络合剂和溶剂，得到溶液A；所述络合剂包括邻菲罗啉类化合物；混合亚铁氰化物以及溶剂，得到溶液B；将所述溶液A、溶液B和底液混合，进行共沉淀反应，得到所述普鲁士白正极材料；所述制备方法流程简单，能放大至工业化生产，能减缓亚铁离子与亚铁氰根之间的沉淀反应，从而提高了产物的结晶性，降低了产物内部的缺陷及水含量，同时，降低了生产成本，提高了生产效率，提高了电池的循环稳定性和安全性。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，涉及一种普鲁士白正极材料及其制备方法与应用。

背景技术

目前人们更加关注绿色能源的利用，如太阳能、风能和氢能的利用，但是这些能源的利用不仅需要太阳能电池以及电解水等能量转换装置，还需要如碱性离子电池(Li⁺、Na⁺、K⁺)等能源存储装置。其中，锂离子电池因具有长循环寿命、高能量密度、高功率密度等优势，被广泛应用于便携式电子设备及电动汽车动力电池等领域。但锂资源的匮乏让锂离子电池在大规模储能领域无法大范围使用。而钠与锂属于同族元素，具有相似的物理化学性质和电化学特性。钠离子电池的成本低、寿命长，被认为是一种继锂离子电池时代后极具潜力的大规模储能体系。

普鲁士白(Na_xM[Fe(CN)₆]_y·nH₂O，其中M为过渡金属，1.6≤x≤2)是一种配位化合物，其作为钠离子电池正极材料，具有坚固的三维骨架结构，同时还具备丰富的氧化还原活性位点和大的离子扩散通道，钠离子可以高效地、可逆地嵌入脱出。但普鲁士白一般采用共沉淀的方式进行合成制备，在制备过程中沉淀速度过快，不可避免地导致材料的结晶度过低，引入缺陷和水，导致电池在正极循环过程中，电解液与正极材料中的结晶水发生严重的不可逆副反应；同时，较低的材料结晶度会降低材料循环过程中的稳定性，导致材料结构瓦解，使电池短路甚至发生热失控。

因此，近年来针对普鲁士白低结晶度、高缺陷和水含量的问题，现有技术中针对性的开展了研究，如CN 115172741A和CN 115448327A，通过限制共沉淀反应过程中溶液滴定速度，来达到减缓反应速度的目的，但一旦规模化生产后溶液混合时间较长，较难控制材料的均一性；如CN 115172741A通过引入惰性过渡金属元素，来提高材料骨架的稳定性，改善电池循环性能，但该方法会明显降低材料的比容量，导致能量密度偏低；如CN 115367772A采用高速剪切代替传统磁力搅拌，要求设备转速要达到10000转以上，对设备要求高且设备易损坏，无法做到低成本性；如CN 115448327A通过引入一种配位物，包括氟硼酸钠、氨水等物质延缓反应速度，一方面这些材料价格较高，另外后续的废料处理成本也较高。

基于以上研究，需要提供一种普鲁士白正极材料的制备方法，所述制备方法能够降低生产成本，提高生产效率，提高材料的结晶性，降低材料内部的缺陷及水含量，使电池的循环稳定性和安全性都能得到明显提高，同时该方法合成过程简单，易于放大，能够在工业中大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种普鲁士白正极材料及其制备方法与应用，尤其涉及一种低成本且能快速合成的普鲁士白正极材料及其制备方法与应用，所述制备方法流程简单，能放大至工业化生产，能减缓亚铁离子与亚铁氰根之间的沉淀反应，从而提高了产物的结晶性，降低了产物内部的缺陷及水含量，同时，降低了生产成本，提高了生产效率，提高了电池的循环稳定性和安全性。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种普鲁士白正极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)混合亚铁盐、络合剂和溶剂，得到溶液A；

所述络合剂包括邻菲罗啉类化合物；

(2)混合亚铁氰化物以及溶剂，得到溶液B；