一种钠离子电池正极、其制备方法及应用与流程

本发明涉及钠离子电池，具体而言，涉及一种钠离子电池正极、其制备方法及应用。

背景技术：

1、钠离子电池的正极活性材料主要有层状氧化物材料（如镍铁锰氧化物和铜铁锰氧化物为主）、普鲁士蓝类似物材料（如铁基普鲁士白等）、聚阴离子材料（如硫酸铁钠、磷酸铁钠等），负极主要是碳材料（如硬碳、软碳）。钠离子电池的电解液主要以酯类和醚类作为溶剂，加入na+金属盐（如氟钠盐、硼钠盐、高氯酸盐等）电解质以及多种添加剂（如成膜类、阻燃类、过充保护类等）制备而得。

2、虽然钠离子电池具有低温性能好、成本低廉、安全性高和循环寿命较长等优点，但是其仍然存在能量密度较低、导电性较差等严峻问题。

3、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钠离子电池正极、其制备方法及应用，旨在提供高导电性材料，提高电池的安全性和循环寿命。

2、本发明是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供一种钠离子电池正极，包括金属泡沫基底，金属泡沫基底上生长有普鲁士蓝类似物，普鲁士蓝类似物上包覆有还原氧化石墨烯；

4、所述普鲁士蓝类似物的化学式为axm1[m2(cn)6]y·nh2o，m1和m2均表示通过氰基连接的过渡金属，a表示嵌入在普鲁士蓝类似物框架空间中的阳离子，0<x<2，0<y<1。

5、在可选的实施方式中，金属泡沫基底、普鲁士蓝类似物和还原氧化石墨烯的质量比为100：（100-500）：（10-50）；

6、金属泡沫基底选自泡沫铜、泡沫铁、泡沫镍和泡沫钛中的至少一种。

7、第二方面，本发明提供一种前述实施方式中任一项钠离子电池正极的制备方法，包括：在金属泡沫基底上生长普鲁士蓝类似物，然后在普鲁士蓝类似物上包覆还原氧化石墨烯。

8、在可选的实施方式中，在金属泡沫基底上生长普鲁士蓝类似物的过程包括：将亚铁氰化钾、钠盐和络合剂混合调节ph值为3-4，之后与金属泡沫基底进行水热反应，控制反应温度为80℃-100℃，反应时间为5h-8h；

9、优选地，亚铁氰化钾和钠盐中钠的摩尔比为1：（1-8）；

10、优选地，钠盐选自氯化钠、硫酸钠和硝酸钠中的至少一种；

11、优选地，络合剂选自柠檬酸钠、柠檬酸、碳酸氢铵和酒石酸中的至少一种。

12、在可选的实施方式中，在普鲁士蓝类似物上包覆还原氧化石墨烯的过程包括：将生长有普鲁士蓝类似物的金属泡沫基底浸泡于阳离子表面活性剂溶液中，使材料表面携带正电荷，之后将带正电荷的材料浸润于氧化石墨烯分散液中形成表面包覆，取出材料后在惰性气氛下煅烧；

13、优选地，阳离子表面活性剂溶液中的阳离子表面活性剂选自十二烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵和苯扎氯铵中的至少一种；更优选地，在阳离子表面活性剂溶液中浸泡时间为0.5h-2.0h。

14、在可选的实施方式中，将带正电荷的材料在氧化石墨烯分散液中浸润0.5h-2.0h，在浸润过程中进行搅拌；

15、优选地，氧化石墨烯分散液的制备过程包括：将氧化石墨烯粉末分散于水中，超声处理0.5h-2.0h，氧化石墨烯分散液的质量浓度为10~20%；

16、优选地，煅烧温度为200℃-300℃，煅烧时间为1h-3h。

17、在可选的实施方式中，在金属泡沫基底上生长普鲁士蓝类似物之前，对金属泡沫基底进行预处理，以在表面形成氧化层。

18、在可选的实施方式中，预处理的过程包括：将金属泡沫基底进行一次洗涤以去除表面杂质，之后利用酸液进行处理去除表面氧化层，再进行二次洗涤；将二次洗涤之后的泡沫基底在含氧气氛下进行预氧化，控制氧化温度为100℃-500℃，预氧化时间为0.5h-2h；

19、优选地，在一次洗涤时，依次用有机溶剂和水进行洗涤；在二次洗涤时，用水进行多次洗涤；

20、优选地，酸液为浓度为1mol-2mol的稀盐酸水溶液。

21、第三方面，本发明提供一种钠离子电池，包括前述实施方式中任一项钠离子电池正极或前述实施方式中任一项制备方法制备得到的钠离子电池正极。

22、第四方面，本发明提供一种用电装置，包括前述实施方式的钠离子电池。

23、本发明具有以下有益效果：通过在金属泡沫基底上生长普鲁士蓝类似物，并在普鲁士蓝类似物上包覆有还原氧化石墨烯，可以构建高导电疏水正极，该正极具有优异的三维结构，大大提升了正极材料的容量发挥，有利于提高电池的电化学性能。

技术特征：

1.一种钠离子电池正极，其特征在于，包括金属泡沫基底，所述金属泡沫基底上生长有普鲁士蓝类似物，所述普鲁士蓝类似物上包覆有还原氧化石墨烯；

2.根据权利要求1所述的钠离子电池正极，其特征在于，金属泡沫基底、所述普鲁士蓝类似物和所述还原氧化石墨烯的质量比为100：（100-500）：（10-50）；

3.一种权利要求1-2中任一项所述钠离子电池正极的制备方法，其特征在于，包括：在金属泡沫基底上生长所述普鲁士蓝类似物，然后在所述普鲁士蓝类似物上包覆还原氧化石墨烯。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述金属泡沫基底上生长所述普鲁士蓝类似物的过程包括：将亚铁氰化钾、钠盐和络合剂混合调节ph值为3-4，之后与所述金属泡沫基底进行水热反应，控制反应温度为80℃-100℃，反应时间为5h-8h；

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，在所述普鲁士蓝类似物上包覆还原氧化石墨烯的过程包括：将生长有所述普鲁士蓝类似物的金属泡沫基底浸泡于阳离子表面活性剂溶液中，使材料表面携带正电荷，之后将带正电荷的材料浸润于氧化石墨烯分散液中形成表面包覆，取出材料后在惰性气氛下煅烧；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将带正电荷的材料在所述氧化石墨烯分散液中浸润0.5h-2.0h，在浸润过程中进行搅拌；

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述金属泡沫基底上生长所述普鲁士蓝类似物之前，对所述金属泡沫基底进行预处理，以在表面形成氧化层。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述预处理的过程包括：将所述金属泡沫基底进行一次洗涤以去除表面杂质，之后利用酸液进行处理去除表面氧化层，再进行二次洗涤；将二次洗涤之后的泡沫基底在含氧气氛下进行预氧化，控制氧化温度为100℃-500℃，预氧化时间为0.5h-2h；

9.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求1-2中任一项所述的钠离子电池正极或权利要求3-8中任一项所述制备方法制备得到的钠离子电池正极。

10.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求9所述的钠离子电池。

技术总结本发明公开了一种钠离子电池正极、其制备方法及应用，涉及钠离子电池技术领域。通过在金属泡沫基底上生长普鲁士蓝类似物，并在普鲁士蓝类似物上包覆有还原氧化石墨烯，可以构建高导电疏水正极，该正极具有优异的三维结构，大大提升了正极材料的容量发挥，有利于提高电池的电化学性能。技术研发人员：周世昊,李享,张伟清,杨庆亨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