一种用于钠离子电池正极的高质量普鲁士蓝化合物(PB)及其类似物(PBA)的制备方法

本发明属于新型钠离子电池正极材料的制备领域，具体涉及一种通过无水乙醇辅助制备高质量普鲁士蓝化合物(pb)及其类似物(pba)的简便制备方法。

背景技术：

1、伴随着国际国内储能市场需求的增长，锂离子电池面临着日益凸显的问题，即锂资源分布不均导致成本不断上升。为满足这一挑战，市场迫切需要一种新型储能电池作为锂离子电池的补充。钠资源丰富、成本低廉，因此钠离子电池成为备受关注的选择。其具备与锂离子电池相似的电化学储能机制和生产线，为其开发和商业化应用提供了良好的前景。然而钠的标准电极电势(2.71v vs na+/na)低于锂的标准电极电势(3.04v vs li+/na)，因此钠离子电池的能量密度通常低于锂离子电池。因此设计一种具有高比容量、优异的容量保持率的正极材料的同时，降低钠离子电池正极材料的制备难度及成本，对钠离子电池的商业化具有重要意义。

技术实现思路

1、为了弥补现有钠离子电池正极材料制备成本高、制备工艺复杂、产品一致性一般等不足，本发明提供了一种简便、高效的普鲁士蓝化合物(pb)及其类似物(pba)制备方法，将无水乙醇引入到普鲁士蓝共沉淀法制备过程中，成功制备出低成本、高倍率、宽温域、高稳定、长寿命的普鲁士蓝正极材料，有望满足持续增长的大规模储能需求，特定应用场景下为市场提供了除锂离子电池外的一个新的选择。

2、na+可以在具有三维框架结构的普鲁士蓝化合物(pb)及其类似物(pba)中进行脱嵌，由于其宽大的离子通道，有利于提高钠离子的倍率性能，在实际应用中具有重要意义。电池本发明中，研究者通过无水乙醇辅助制备普鲁士蓝化合物(pb)及其类似物(pba)，一定程度上回避了液相反应共沉淀反应过于迅速导致的晶格畸变、结构坍塌和空位中大量水分子的问题，也没有利用表面活性剂、螯合剂等减缓共沉淀过程导致的成本过高的问题，同时相较于溶剂热法、水热法、电沉积法更容易实现大规模生产。有望应用于大规模储能设备，并成为锂离子电池应用场景的有效补充

3、为实现上述发明目的，本发明提供一种用于钠离子电池正极的高质量普鲁士蓝化合物(pb)及其类似物(pba)的简便制备方法。

4、为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

5、一种用于钠离子电池正极的高质量普鲁士蓝化合物(pb)及其类似物(pba)的简便制备方法，包括以下步骤：

6、步骤1：一定量的可溶性的过渡金属m六氰基钠盐常温下溶解于一定量的氯化钠饱和溶液中得到溶液a；

7、步骤2：一定量的可溶性的过渡金属m’乙酸盐常温下溶解于与步骤1等体积的无水乙醇中得到溶液b；

8、步骤3：在高速搅拌的条件下，将步骤2得到的溶液b逐滴缓慢滴加至溶液a中，得到类胶体浊液；

9、步骤4：在高速搅拌的条件下，将步骤3得到的白色类胶体浊液置于烧杯中，在水浴锅内保存数小时，继续进行共沉淀反应，得到悬浊液；

10、步骤5：在高速搅拌的条件下，调高步骤4中的水浴锅温度，蒸干溶剂得到白色粉末；

11、步骤6：粉末经无水乙醇或去离子水洗涤离心3次并烘干后得到白色普鲁士蓝化合物类似物(pba)粉末。

12、作为优选方案，步骤2中：过渡金属m的六氰基钠盐和过渡金属m’乙酸盐中的过渡金属m和m’分别独自选自ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、zr中的任意一种。

13、作为优选方案，步骤3、4、5中：高速搅拌的转速为每分钟400转以上。

14、作为优选方案，步骤3中：逐滴缓慢滴加过程可通过蠕动泵代替实现定时定量反应。

15、作为优选方案，步骤4中：水浴锅的温度设置为40～60℃，保存时间为0～24小时。

16、作为优选方案，步骤5中：水浴锅的温度设置为60～80℃。

17、作为优选方案，步骤6中：将洗涤后的粉末置于真空烘箱中干燥，真空烘箱设置温度为90～120℃，放置12～24小时得到普鲁士蓝化合物类似物(pba)。

18、与现有技术相比，本发明的优点是：

19、1、提供了一种简便、高效的普鲁士蓝化合物(pb)及其类似物(pba)制备方法,有望满足持续增长的大规模储能需求，特定应用场景下为市场提供了除锂离子电池外的一个新的选择。

20、2、一定程度上回避了普鲁士蓝化合物(pb)及其类似物(pba)共沉淀法制备过程中液相反应共沉淀反应过于迅速导致的晶格畸变、结构坍塌和空位中大量水分子的问题。

21、3、回避了表面活性剂、螯合剂等减缓共沉淀过程导致的成本过高的问题，同时相较于溶剂热法、水热法、电沉积法更容易实现大规模生产。有望应用于大规模储能设备，并成为锂离子电池应用场景的有效补充。

技术特征：

1.一种用于钠离子电池正极的高质量普鲁士蓝化合物(pb)及其类似物(pba)的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2中：过渡金属m的六氰基钠盐和过渡金属m’乙酸盐中的过渡金属m和m’分别独自选自ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、zr中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3、4、5中：高速搅拌的转速为每分钟400转以上。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3中：逐滴缓慢滴加过程可通过蠕动泵代替实现定时定量反应。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4中：水浴锅的温度设置为40～60℃，保存时间为0～24小时。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤5中：水浴锅的温度设置为60～80℃。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤6中：将洗涤后的粉末置于真空烘箱中干燥，真空烘箱设置温度为90～120℃，放置12～24小时得到普鲁士蓝化合物类似物(pba)。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤5中：制备得到的普鲁士蓝化合物(pb)及其类似物(pba)粉末的化学式为na2-xm’[m(cn)6]1-y□y·nh2o。

9.根据权利要求1至8任意一项所述方法得到的一种用于钠离子电池正极的普鲁士蓝化合物(pb)及其类似物(pba)，其特征在于：所制备的普鲁士蓝化合物(pb)及其类似物(pba)，具有应用于钠离子电池正极材料的开放三维空间结构及较少的水分子含量。

技术总结本发明提供一种用于钠离子电池正极的高质量普鲁士蓝化合物(PB)及其类似物(PBA)的简便制备方法，主要包括如下步骤：引入无水乙醇溶解乙酸锰，并在搅拌条件下逐滴缓慢滴入亚铁氰化钠溶液中，经过一定的陈化温度和时间的控制，经离心洗涤干燥得到产物。一定程度上回避了普鲁士蓝化合物(PB)及其类似物(PBA)共沉淀法制备过程中液相反应共沉淀反应过于迅速导致的晶格畸变、结构坍塌和空位中大量水分子的问题，制备出具有优异的电化学性能的高质量普鲁士蓝化合物类似物。此发明提供的制备方案中，有效降低了制备成本，提高了产品的一致性，成功制备出高倍率、宽温域、高稳定、长寿命的普鲁士蓝正极材料，有望满足持续增长的大规模储能需求，特定应用场景下为市场提供了除锂离子电池外的一个新的选择。技术研发人员：陈远富,王月受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16