微波单铁源法快速合成普鲁士蓝的制备方法及其在钠离子电池正极材料中的应用

本发明属于钠离子电池，具体涉及一种微波单铁源法快速合成普鲁士蓝的制备方法及其在钠离子电池正极材料中的应用。

背景技术：

1、更高效、更环保的现代生活对储能设备，特别是高性能二次电池有着更迫切的要求。锂离子电池的发展虽然为储能系统提供了一定的保障，但也暴露出许多不可忽视的问题。例如，锂资源短缺导致整个能源行业的成本持续上升。地壳中钠的储量远高于锂，开采难度也相对较低。因此，钠离子电池被认为是可以取代锂离子电池的储能候选者之一。此外，钠离子电池的储能机理与锂离子电池几乎相同，因此行业积累的关键技术和理论可以很好地参考和利用。然而，钠离子电池的实际应用和商业化主要取决于电池的成本、能量密度、循环寿命、倍率能力、安全性等。

2、普鲁士蓝(pb)及普鲁士蓝类似物(pbas)，作为一种简单的氰基配位聚合物，因其三维开放框架、可调结构和化学成分等优点，被认为是钠离子电池中很有前途的一类正极材料。由于其成本低、容量大，在基础研究方面取得了强劲进展。pb和pba属于氰基桥配位聚合物，典型化学式为naxm[fe(cn)6]y·□1-y·nh2o，其中m和□分别代表过渡金属(铁、锰、镍、钴、铜等)和fe(cn)6缺陷。特别是，当m位点是fe元素时，被称为典型的pb。目前，制备普鲁士蓝(pb)的主要方法是水热法和共沉淀法。

3、公开号为cn108217630a的中国专利公开了一种复合还原氧化石墨烯的普鲁士蓝材料的制备方法及应用，该专利共沉淀法的基础上进行了改进，原料采用亚铁氰化钠na4fe(cn)6，不采用其它fe源供应，na4fe(cn)6中的fe(cn)64-在合适ph环境中会分解产生fe2+，fe2+易被氧化为fe3+，fe3+和fe2+将与剩余的fe(cn)64-反应结合生成蓝色沉淀物普鲁士蓝。该专利这种单铁源法合成普鲁士蓝，相对于常规的复合铁源法(比如na4fe(cn)6和feso4)，其优点是使用单一的铁源可以避免不同铁源之间可能发生的竞争性反应，有助于提高产物的质量和纯度，减少缺陷的形成，并且使得合成过程更加可控和可重复。

4、但是，该专利仍然存在水热法和共沉淀法反应时间长、老化时间长的缺点，因为反应中存在na4fe(cn)6分解产生fe2+以及fe2+氧化为fe3+的过程，所需反应时间甚至比常规的复合铁源法更长。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的是提供一种微波单铁源法快速合成普鲁士蓝的制备方法及其在钠离子电池正极材料中的应用，既能够实现单铁源法合成普鲁士蓝，又可以大幅度减少反应时长。

2、为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

3、本发明公开了一种微波单铁源法快速合成普鲁士蓝的制备方法，包括以下制备步骤：

4、(1)将亚铁氰化物、络合剂混合溶解在水中；

5、(2)将步骤(1)得到的混合溶液在搅拌下加入酸，将ph调配至1.5-3；

6、(3)将步骤(2)配置的溶液在微波反应器中搅拌并进行微波加热反应，得到普鲁士蓝。

7、作为优选的技术方案，所述亚铁氰化物为亚铁氰化钠、亚铁氰化钾、亚铁氰化铵中的一种或几种混合。

8、作为优选的技术方案，所述络合剂为二水柠檬酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠中的一种或几种混合。

9、作为优选的技术方案，所述酸为盐酸、稀硫酸、醋酸中的一种或几种混合。

10、作为优选的技术方案，所述微波加热反应温度为80-150℃，反应时间为2-15min。

11、本发明还公开了上述制备方法制备的普鲁士蓝。

12、本发明还公开了普鲁士蓝作为钠离子电池正极材料的应用。

13、本发明的有益效果在于：

14、1、本发明采用微波合成手段与单铁源法相结合快速合成普鲁士蓝，因为发明人发现，微波辐射除了具有提供能量使得分子发生有效碰撞后络合产生普鲁士蓝的作用外，微波辐射还能在水为溶剂且酸性条件下，大幅度加速na4fe(cn)6分解产生fe2+以及fe2+氧化为fe3+的过程，因此采用微波合成手段与单铁源法相结合，既实现了单铁源法合成普鲁士蓝，又大幅度减少了反应时长。

15、2、微波单铁源法快速合成的普鲁士蓝除了具有单铁源法合成的普鲁士蓝的优点外，还因为大幅度减少了反应时长及分子间的有效碰撞频率和强度也随之增加，微波单铁源法合成的普鲁士蓝具有更少的晶格水及配位水含量，因此具有更加优异的电化学性能。

技术特征：

1.微波单铁源法快速合成普鲁士蓝的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：

2.如权利要求1所述的微波单铁源法快速合成普鲁士蓝的制备方法，其特征在于：所述亚铁氰化物为亚铁氰化钠、亚铁氰化钾、亚铁氰化铵中的一种或几种混合。

3.如权利要求1所述的微波单铁源法快速合成普鲁士蓝的制备方法，其特征在于：所述络合剂为二水柠檬酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠中的一种或几种混合。

4.如权利要求1所述的微波单铁源法快速合成普鲁士蓝的制备方法，其特征在于：所述酸为盐酸、稀硫酸、醋酸中的一种或几种混合。

5.如权利要求1所述的微波单铁源法快速合成普鲁士蓝的制备方法，其特征在于：所述微波加热反应温度为80-150℃，反应时间为2-15min。

6.权利要求1-5任一项所述的制备方法制备的普鲁士蓝。

7.权利要求6所述的普鲁士蓝作为钠离子电池正极材料的应用。

技术总结本发明公开了一种微波单铁源法快速合成普鲁士蓝的制备方法及其在钠离子电池正极材料中的应用，包括以下制备步骤：(1)将亚铁氰化物、络合剂混合溶解在水中；(2)将步骤(1)得到的混合溶液在搅拌下加入酸，将pH调配至1.5‑3；(3)将步骤(2)配置的溶液在微波反应器中搅拌并进行微波加热反应，得到普鲁士蓝。本发明采用微波合成手段与单铁源法相结合快速合成普鲁士蓝，既实现了单铁源法合成普鲁士蓝，又大幅度减少了反应时长。技术研发人员：陈久存,陈一凡,金燕子受保护的技术使用者：西南大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11