普鲁士蓝类负极材料及其制备方法和应用、负极片、钠离子电池与流程

本发明涉及电池，尤其是涉及一种普鲁士蓝类负极材料及其制备方法和应用、负极片、钠离子电池。

背景技术：

1、钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，在很多经验上都可以向锂电借鉴。同时，钠资源的储量丰富，不会像锂资源因大规模应用后供给不足的现象。因此，钠离子电池被视为锂离子电池潜在的替代品而备受关注。目前，硬碳材料被认为是最有可能商业化的负极材料，但是硬碳材料的压实密度较低，导致钠离子电池电芯的体积能量密度较低。普鲁士蓝类材料具有较高的压实密度与不输硬碳的克容量，是一个潜在的钠离子电池负极材料。

2、普鲁士蓝类材料在循环过程中存在溶解于电解液中的风险，且在高温状态下会更严重，因此需要对材料进行包覆处理。常规方法一般选择包覆石墨烯，但这类方法增加的成本较大。此外，普鲁士蓝类材料的导电性较差，需要通过掺杂镍等贵金属元素进行调整，亦或是添加过多的导电剂来弥补。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种普鲁士蓝类负极材料，以解决上述技术问题。

2、本发明的第二目的在于提供上述普鲁士蓝类负极材料的制备方法。

3、本发明的第三目的在于提供上述普鲁士蓝类负极材料在电池中的应用。

4、本发明的第四目的在于提供一种负极片。

5、本发明的第五目的在于提供一种钠离子电池。

6、为了实现以上目的，特采用以下技术方案：

7、第一方面，本发明提供了一种普鲁士蓝类负极材料，包括普鲁士蓝类材料；

8、所述普鲁士蓝类材料的内部分布有碳纤维，表面包覆有磷酸盐；

9、所述碳纤维的质量占比为1%-3%，所述磷酸盐的质量占比为0.5%-1.5%；

10、所述普鲁士蓝类材料包括亚铁氰化锰钠（namnfe(cn)6）、亚铁氰化镍钠（nanife(cn)6）或者亚铁氰化铁钠（nafefe(cn)6）。

11、作为进一步技术方案，所述磷酸盐的金属离子包括mn2+、ni2+或fe2+。

12、作为进一步技术方案，所述普鲁士蓝类负极材料的粒径d50为0.5-2μm。

13、第二方面，本发明提供了上述普鲁士蓝类负极材料的制备方法，包括以下步骤：

14、a. 将碳纤维进行酸氧化处理，然后于mn2+、ni2+或fe2+的溶液中浸泡，之后将浸泡后的碳纤维于保护气氛下在450-550℃下进行煅烧；

15、b. 将a步骤煅烧后的碳纤维置于mn2+、ni2+或fe2+的溶液中，然后添加亚铁氰化钠溶液进行反应，生成普鲁士蓝类材料，之后添加磷酸溶液，反应后制备得到普鲁士蓝类负极材料。

16、作为进一步技术方案，所述酸氧化处理的步骤包括：采用硝酸对碳纤维进行处理；

17、所述硝酸的浓度为0.5-1.5mol/l；

18、所述酸氧化处理的温度为55-65℃，时间为1-4h。

19、作为进一步技术方案，a步骤中，mn2+、ni2+或fe2+的溶液中mn2+、ni2+或fe2+的浓度为2-4mol/l；

20、和/或，a步骤中，煅烧的时间为2-4h。

21、作为进一步技术方案，b步骤中，mn2+、ni2+或fe2+的溶液中mn2+、ni2+或fe2+的浓度为0.05-0.2mol/l；

22、和/或，所述亚铁氰化钠溶液中亚铁氰化钠的浓度为0.2-0.4mol/l；

23、和/或，所述磷酸溶液的浓度为0.05-0.2mol/l；

24、和/或，所述普鲁士蓝类材料的生成条件为35-45℃。

25、第三方面，本发明提供了上述普鲁士蓝类负极材料在钠离子电池中的应用。

26、第四方面，本发明提供了一种负极片，包括集流体和普鲁士蓝类负极材料；

27、所述普鲁士蓝类负极材料包括上述普鲁士蓝类负极材料。

28、第五方面，本发明提供了一种钠离子电池，所述钠离子电池的负极片包括上述负极片。

29、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

30、本发明提供的普鲁士蓝类负极材料，包括普鲁士蓝类材料，其内部分布有碳纤维，能够有效提升材料的导电性、克容量和循环性能；其表面包覆有一层稳定的磷酸盐，一方面能够有效提升普鲁士蓝类材料的空气稳定性，降低普鲁士蓝在电解液中的溶解风险，另一方面能够降低材料的比表面积，提升材料的固含量和电池的首次库伦效率。

31、本发明提供的制备方法为原位包覆，工艺简单、效率高。

技术特征：

1.一种普鲁士蓝类负极材料，其特征在于，包括普鲁士蓝类材料；

2.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类负极材料，其特征在于，所述磷酸盐的金属离子包括mn2+、ni2+或fe2+。

3.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类负极材料，其特征在于，所述普鲁士蓝类负极材料的粒径d50为0.5-2μm。

4.权利要求1-3任一项所述的普鲁士蓝类负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述酸氧化处理的步骤包括：采用硝酸对碳纤维进行处理；

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，a步骤中，mn2+、ni2+或fe2+的溶液中mn2+、ni2+或fe2+的浓度为2-4mol/l；

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，b步骤中，mn2+、ni2+或fe2+的溶液中mn2+或fe2+的浓度为0.05-0.2mol/l；

8.权利要求1-3任一项所述的普鲁士蓝类负极材料在钠离子电池中的应用。

9.一种负极片，其特征在于，包括集流体和普鲁士蓝类负极材料；

10.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池的负极片包括权利要求9所述的负极片。

技术总结本发明提供了一种普鲁士蓝类负极材料及其制备方法和应用、负极片、钠离子电池，涉及电池技术领域。本发明提供的普鲁士蓝类负极材料，包括普鲁士蓝类材料；普鲁士蓝类材料的内部分布有碳纤维，表面包覆有磷酸盐；碳纤维的质量占比为1%‑3%，磷酸盐的质量占比为0.5%‑1.5%；普鲁士蓝类材料包括亚铁氰化锰钠、亚铁氰化镍钠或者亚铁氰化铁钠。该普鲁士蓝类负极材料导电性好、稳定性好、比表面积小，能够有效提升钠离子电池的循环性能和首次库伦效率。本发明提供的制备方法为原位包覆，工艺简单、效率高。技术研发人员：杨成,李子茜,李建平,徐广夺,杨庆亨,张伟清受保护的技术使用者：江苏中兴派能电池有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25