本發(fā)明涉及水系鈉離子電池，具體涉及一種鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對美好生活的更高期許，現(xiàn)有的化石能源已無法滿足市場需求。與此同時，化石能源燃燒所引發(fā)的嚴重環(huán)境污染問題，促使人們積極尋求以清潔可再生能源替代化石能源的途徑。然而，清潔可再生能源因受到地域條件、氣候變化以及時間維度等因素的制約，存在間歇性和隨機性的不足，故而發(fā)展儲能技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵。在二次電池中，鋰離子電池憑借其高能量密度、長循環(huán)壽命以及出色的倍率性能，在各類便攜式電子設(shè)備和電動汽車等領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用。但是，隨著儲能規(guī)模的不斷擴大，有限的鋰資源、易燃易爆等安全隱患以及高昂的價格使其難以滿足儲能需求。相較而言，鈉離子電池由于資源豐富、分布廣泛且具有與鋰相似的物理化學(xué)性質(zhì)，成為鋰離子電池最具潛力的部分替代品。其中，水系鈉離子電池以其較高的能量密度、低成本以及安全環(huán)保等優(yōu)勢備受關(guān)注。普魯士藍材料因其開放的框架結(jié)構(gòu)、高效簡便的合成方法以及低成本等優(yōu)點，成為廣泛應(yīng)用的正極材料。然而，該材料存在含水量高、比容量和倍率性能較低的問題，這極大地影響了其實際應(yīng)用。

2、在現(xiàn)有技術(shù)中，降低普魯士藍材料的水分含量主要有兩種方式。一種是加熱，通過加熱使水分蒸發(fā)，但溫度的把控是一個難點，溫度過低時水分難以有效去除，而溫度過高則會破壞材料結(jié)構(gòu)；另一種是球磨，通過球磨可獲得高結(jié)晶的材料，然而其顆粒尺寸和形貌難以精確控制，進而影響比容量和倍率性能。因此，合成適用于水系鈉離子電池且含水量低、比容量和倍率性能較高的普魯士藍正極材料仍是亟待攻克的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明意在提供一種鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料及其制備方法，以降低材料的含水量，提升其比容量和倍率性能。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料，包括電極活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，其質(zhì)量比依次為7：2：1，電極活性材料為comnhcf普魯士藍材料。

3、優(yōu)選地，comhcf普魯士藍材料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1：分別稱取一定量的錳金屬鹽和鈷金屬鹽，溶解于20-200ml去離子水中，形成溶液a，其中，錳金屬鹽和鈷金屬鹽的摩爾比為(0.1-9):1；

5、s2：分別稱取一定量的過渡金屬鹽b和鈉鹽，溶解于20-200ml去離子水中，形成溶液b，其中，過渡金屬鹽b和鈉鹽的摩爾比為：0.01-0.1；

6、s3：將s1中的溶液a緩慢地滴加到s2中的溶液b中，并不斷進行攪拌，待溶液a全部滴加到溶液b后，繼續(xù)攪拌10-60min，再老化1-24h；

7、s4：老化處理結(jié)束后，經(jīng)離心分離、洗滌、真空干燥、研磨后得到comnhcf普魯士藍材料。

8、優(yōu)選地，s1中錳金屬鹽和鈷金屬鹽混合液的濃度為0.01-2mol/l。

9、優(yōu)選地，s2中鈉鹽的濃度為0.001-3mol/l。

10、優(yōu)選地，s2中過渡金屬鹽b的濃度為0.01-1mol/l。

11、優(yōu)選地，s1中的錳金屬鹽為mncl2、mn(no3)2、mnso4、mn(ch3coo)2中的任意一種或幾種的組合。

12、優(yōu)選地，s1中的鈷金屬鹽為coso4、co(no3)2、co(ch3coo)2、cocl2中的任意一種或幾種的組合。

13、優(yōu)選地，s2中過渡金屬鹽b為na4mn(cn)6、na4fe(cn)6、na4co(cn)6、na4ni(cn)6、na4cu(cn)6、na4zn(cn)6中的任意一種。

14、優(yōu)選地，s4中真空干燥的溫度為40-120℃，真空干燥的時間為10-24h。

15、本申請還提供了另一種技術(shù)方案，鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料的制備方法為：將comnhcf普魯士藍材料、導(dǎo)電劑和粘接劑按質(zhì)量比為7:2:1稱取混合，充分研磨后，添加適量n-甲基吡咯烷酮作為溶劑，攪拌均勻后，獲得均勻漿料，將漿料涂抹在碳布上，并置于40-120℃真空干燥箱中，干燥10-24h，得到鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案的有益技術(shù)效果為：

17、(1)本技術(shù)方案提供的鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料，通過在mnhcf普魯士藍材料中復(fù)配鈷以部分替代錳，控制復(fù)配鈷源的含量制備得到comnhcf普魯士藍材料，其中，comnhcf-50的鈉含量豐富、相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楦烩c型的單斜相，比容量得到了顯著提升,在300ma/g電流密度下比容量達到115.8mah/g。

18、(2)本技術(shù)方案提供的鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料為富鈉型材料，空位數(shù)減少，有助于減少含水量，從而為na+提供更多的存儲位點和更大的離子通道，使得采用此類材料作為正極活性材料制備的水系鈉離子電池，具有更加優(yōu)秀的比容量和倍率性能。

19、(3)本技術(shù)方案提供的鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料的制備方法高效安全且簡便，采用的原料簡單易得，生產(chǎn)成本低，工藝簡潔，適用于實際大規(guī)模生產(chǎn)領(lǐng)域。

技術(shù)特征：

1.鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料，其特征在于：包括電極活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，其質(zhì)量比依次為7：2：1，電極活性材料為comnhcf普魯士藍材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料，其特征在于：comnhcf普魯士藍材料的制備方法，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料，其特征在于：s1中錳金屬鹽和鈷金屬鹽混合液的濃度為0.01-2mol/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料，其特征在于：s2中鈉鹽的濃度為0.001-3mol/l。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料，其特征在于：s2中過渡金屬鹽b的濃度為0.01-1mol/l。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料，其特征在于：s1中的錳金屬鹽為mncl2、mn(no3)2、mnso4、mn(ch3coo)2中的任意一種或幾種的組合。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料，其特征在于：s1中的鈷金屬鹽為coso4、co(no3)2、co(ch3coo)2、cocl2中的任意一種或幾種的組合。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料，其特征在于：s2中過渡金屬鹽b為na4mn(cn)6、na4fe(cn)6、na4co(cn)6、na4ni(cn)6、na4cu(cn)6、na4zn(cn)6中的任意一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料，其特征在于：s4中真空干燥的溫度為40-120℃，真空干燥的時間為10-24h。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：將comnhcf普魯士藍材料、導(dǎo)電劑和粘接劑按質(zhì)量比為7:2:1稱取混合，充分研磨后，添加適量n-甲基吡咯烷酮作為溶劑，攪拌均勻后，獲得均勻漿料，將漿料涂抹在碳布上，并置于40-120℃真空干燥箱中，干燥10-24h，得到鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及水系鈉離子電池技術(shù)領(lǐng)域，公開了鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料，包括電極活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，其質(zhì)量比依次為7：2：1，電極活性材料為CoMnHCF普魯士藍材料。其制備方法為：將CoMnHCF普魯士藍材料、導(dǎo)電劑和粘接劑按質(zhì)量比為7:2:1稱取混合，充分研磨后，添加適量N?甲基吡咯烷酮作為溶劑，攪拌均勻后，獲得均勻漿料，將漿料涂抹在碳布上，并置于40?120℃真空干燥箱中，干燥10?24h，得到鈷復(fù)配普魯士藍水系鈉離子電池正極材料。本發(fā)明的技術(shù)方案能夠降低普魯士藍材料的含水量，提升其比容量和倍率性能。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧尚月,向斌,周洋,王敬豐,潘復(fù)生
受保護的技術(shù)使用者：重慶新型儲能材料與裝備研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6