CN114497495A - 一种高储钾普鲁士蓝电极材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种高储钾普鲁士蓝电极材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114497495A CN114497495A CN202210078633.9A CN202210078633A CN114497495A CN 114497495 A CN114497495 A CN 114497495A CN 202210078633 A CN202210078633 A CN 202210078633A CN 114497495 A CN114497495 A CN 114497495A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- potassium
- electrode material
- prussian blue
- storage
- blue electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013225 prussian blue Substances 0.000 title claims abstract description 60
- DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N iron(2+);iron(3+);octadecacyanide Chemical compound [Fe+2].[Fe+2].[Fe+2].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 59
- 229960003351 prussian blue Drugs 0.000 title claims abstract description 59
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 57
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 39
- 239000011591 potassium Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N Potassium ion Chemical compound [K+] NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 claims abstract description 9
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000276 potassium ferrocyanide Substances 0.000 claims abstract description 5
- XOGGUFAVLNCTRS-UHFFFAOYSA-N tetrapotassium;iron(2+);hexacyanide Chemical compound [K+].[K+].[K+].[K+].[Fe+2].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] XOGGUFAVLNCTRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 7
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 5
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 claims description 5
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 4
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- HZNVUJQVZSTENZ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone Chemical compound ClC1=C(Cl)C(=O)C(C#N)=C(C#N)C1=O HZNVUJQVZSTENZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 3
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 abstract description 5
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 2
- 229910001448 ferrous ion Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 7
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 239000012716 precipitator Substances 0.000 description 2
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 229960002413 ferric citrate Drugs 0.000 description 1
- -1 ferrous iron ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- NPFOYSMITVOQOS-UHFFFAOYSA-K iron(III) citrate Chemical compound [Fe+3].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NPFOYSMITVOQOS-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C3/00—Cyanogen; Compounds thereof
- C01C3/08—Simple or complex cyanides of metals
- C01C3/12—Simple or complex iron cyanides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Toxicology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明公开一种高储钾普鲁士蓝电极材料及其制备方法和应用。普鲁士蓝电极材料是通过铁粉在酸性溶液中生成二价铁离子和亚铁氰化钾共沉淀获得。制备方法，包括如下步骤：于抗坏血酸和柠檬酸的混合溶液中加入亚铁氰化钾，搅拌10‑20min后加入铁粉，将反应体系密闭，在室温下磁力搅拌2‑3h，陈化，过滤，所得固体物洗涤，干燥，得到高储钾普鲁士蓝电极材料。本发明提供的普鲁士蓝电极材料在钾离子电池中展现了高的充放电电压平台和质量比容量。本发明通过铁粉所产生的自保护气，降低了普鲁士蓝材料中铁的平均价态，提升了电极材料的储钾性能。
Description
技术领域
本发明涉及电极材料领域，特别涉及一种高储钾普鲁士蓝电极材料的制备，及其在钾离子电池中的应用。
背景技术
伴随工业化的不断发展，各类储能器件不断发展，比如电容器、金属-空气电池、铅酸电池、金属离子电池等。由于高能量密度、高功率密度和长循环寿命等特点，锂离子电池获得了大规模的应用。但是锂价格不断提升，导致锂离子电池的成本越来越高。作为锂离子电池的替代品，钾离子电池被广泛的研究。钾具有丰富的地壳储量、较低的标准电极电势(-2.93V vs.SHE)和高理论容量(687mA h g-1)，因此，钾离子电池展现了极大的储能潜力。为了提升钾离子电池的能量密度，寻找一个高储能且高电压的正极材料尤为重要。普鲁士蓝电极材料结构式为K2Fe[Fe(CN)6]，具有3D框架结构，较高的钾离子扩算速率，可在高电压下进行充放电反应，是性能优异的钾离子电池正极材料。然而，普鲁士蓝中参与配位的Fe2+极易发生氧化，从而导致材料储钾性能低，并且快速的共沉淀反应导致材料的结晶度低，晶体框架中的结晶水和空位不利于电极材料在钾离子电池中的长循环性能。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种高储钾能力、高电压、长循环的普鲁士蓝电极材料。
本发明的目的之二是提供普鲁士蓝电极材料在钾离子电池中的应用。
本发明采用的技术方案是：一种高储钾普鲁士蓝电极材料，所述高储钾普鲁士蓝电极材料，制备方法包括如下步骤：于抗坏血酸和柠檬酸的混合溶液中加入亚铁氰化钾，搅拌10-20min后加入铁粉，将反应体系密闭，在室温下磁力搅拌2-3h，陈化，过滤，所得固体物洗涤，干燥，得到高储钾普鲁士蓝电极材料。
优选地，上述的一种高储钾普鲁士蓝电极材料，所述抗坏血酸和柠檬酸的混合溶液中，按质量比，抗坏血酸:柠檬酸＝4:1。
优选地，上述的一种高储钾普鲁士蓝电极材料，所述陈化是，将反应体系在密闭环境下静置24h，促进普鲁士蓝材料更好的结晶。
优选地，上述的一种高储钾普鲁士蓝电极材料，所述洗涤是，将固体物先在酸中浸泡10-20min，去除多余铁粉，再用去离子水进行洗涤，除去残留杂质。
优选地，上述的一种高储钾普鲁士蓝电极材料，所述酸是盐酸。
本发明提供的一种高储钾普鲁士蓝电极材料作为正极材料在钾离子电池中的应用。
优选地，方法如下：用N-甲基-1-吡咯烷酮将高储钾普鲁士蓝电极材料、导电剂和粘结剂混合研磨成均匀且无颗粒感的浆料，将浆料均匀的涂到铝箔载流体上，烘干，制成正极极片；用玻璃纤维为隔膜；钾片为负极片；以六氟磷钾溶解到碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯中作为电解液，组装成纽扣钾离子电池。
优选地，所述导电剂是乙炔黑，所述粘结剂是聚偏氟乙烯。
优选地，按质量比，高储钾普鲁士蓝电极材料:乙炔黑:聚偏氟乙烯＝7:2:1。
优选地，所述高储钾普鲁士蓝电极材料在铝箔载流体上的负载量在0.6-1.9mgcm-2的范围内。
优选地，按体积比，碳酸乙烯酯(EC):碳酸二乙酯(DEC)＝1:1。
本发明的有益效果是：
1、本发明制备的普鲁士蓝电极材料是一种高储能、高结晶的普鲁士蓝材料，呈现一种立方的纳米颗粒状。
2、本发明提供的制备方法，抗坏血酸用于除去溶液中的氧化剂。铁粉和柠檬酸反应生成氢气和二价铁。铁粉和柠檬酸生成的二价铁和柠檬酸进行螯合配位，生成的柠檬酸铁逐步释放二价铁离子作为沉淀剂，一方面控制共沉淀反应的速率，提升普鲁士蓝晶体的结晶度，另一方面和亚铁氰化钾发生共沉淀反应。铁粉和柠檬酸生成的氢气为整个制备过程提供气体保护，防止二价铁被氧化。
3、本发明第一次采用产生自保护气体的方式制备高性能普鲁士蓝电极材料用于钾离子电池，该电极材料具有较高的储钾能力和稳定性，通过电化学测试证明，该材料具有极高放电容量和电压平台，以及优异的循环性能，有望在储能领域展现一定的潜力。
4、本发明，用铁粉和柠檬酸反应逐步提供沉淀剂和保护气的方法制备普鲁士蓝电极材料，不仅降低了共沉淀的速率提升普鲁士蓝的结晶度，而且制备过程中保护了二价铁，提升普鲁士蓝的储钾性能。该方法制备的普鲁士蓝电极材料具有较高的储能价值，有望获得广泛的应用。
附图说明
图1是高储钾普鲁士蓝电极材料的扫描电子显微镜图。
图2是高储钾普鲁士蓝电极材料的X射线衍射图。
图3是高储钾普鲁士蓝电极材料在50mAg-1的电流密度下的充放电曲线图。
图4是高储钾普鲁士蓝电极材料在50mAg-1的电流密度下的循环稳定性图。
具体实施方式
实施例1高储钾普鲁士蓝电极材料
制备方法如下：
在反应容器中，将2g柠檬酸和0.5g抗坏血酸加入到50mL水中溶解，于所得混合溶液中加入2mmol K4Fe(CN)6，磁力搅拌10min后，加入2mmol铁粉，将所得反应体系用气球密封住瓶口，在室温下磁力搅拌反应2h。所得产物在密闭环境下静置，陈化24h后，将铁粉和磁子用磁铁吸出，用砂芯过滤器将固体物抽出，所得固体物先用盐酸浸泡10min，再用大量去离子水洗涤。将得到的浅蓝色沉淀放入60℃真空干燥箱进行干燥12h，得高储钾普鲁士蓝电极材料。
图1是制备的高储钾普鲁士蓝电极材料的扫描电子显微镜图。由图1可见，普鲁士蓝电极材料的扫描电子显微镜图呈现立方形的纳米颗粒状。
图2是高储钾普鲁士蓝电极材料的X射线衍射图。由图2可见，普鲁士蓝电极材料的X射线衍射峰与标准卡片(PDF card:NO.52-1907)的峰位置相匹配，证明了普鲁士蓝电极材料的成功合成。
实验例2高储钾普鲁士蓝电极材料在钾离子电池中的应用
(一)电池组装
1、正极极片的制备：
将普鲁士蓝电极材料同乙炔黑和聚偏氟乙烯，以7:2:1的质量比混合，用N-甲基-1-吡咯烷酮研磨成均匀且无颗粒感的浆料，将浆料均匀的涂抹到切好的铝箔载流体圆片上。在真空干燥箱内，60℃真空干燥12小时，得到正极极片。控制高储钾普鲁士蓝电极材料在铝箔载流体上的负载量在0.6-1.9mg cm-2的范围内。
2、组装
将制备好的正极极片转移到氩气保护的手套箱内，整个组装过程均在手套箱内进行，手套箱内环境保持在水氧值小于0.1ppm。
负极极片制备：钾片用作负极，擦去钾块表面煤油，切少量钾，将其压成薄片，并将钾片切成规整的同正极极片大小相同的圆片。
电解液制备：将92g六氟磷钾溶解到500ml碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯(按体积比，EC:DEC＝1:1)中，作为电解液。
将正极极片和玻璃纤维隔膜放入电池壳中，滴加电解液，保证电解液将玻璃纤维隔膜润湿，然后依次放入负极极片、垫片和弹片，将整个电池壳扣上，将电池封装好，即获得一枚以普鲁士蓝电极材料为正极的纽扣式钾离子电池。
组装过程确保玻璃纤维隔膜将正负极片完全的隔开，防止短路，保证电解液的滴入量能将隔膜润透，保证电解液可以接触到正负极片，离子交换顺畅。
选择透过孔径大的玻璃纤维作为隔膜，是为了大半径的钾离子可以透过隔膜完成离子转移过程。
组装电池的过程，控制正负极片的大小和位置，确保正负极片被玻璃纤维隔膜完全隔开，防止正负极片在封装过程中接触造成短路。在加入电解液的过程，保证滴加的电解液的量能将隔膜完全浸润，否则，电解液过多在封装电池的过程会溢出，造成浪费。
(二)测试结果
将钾离子电池进行恒电流充放电测试，如图3所示，在50mA g-1的电流密度下，普鲁士蓝电极材料展现出鲜明的充放电平台，分别在3.45V和3.35V处显示一对充放电平台，在50mAg-1的电流密度下放电容量可达68.8mAhg-1。如图4所示，在50mA g-1的电流密度下，对该钾离子电池进行循环性能测试，循环150圈后循环保持率高达92.2％。电化学测试表明，本发明提供的普鲁士蓝电极材料展现出良好的储能潜力，为未来提供一种高容量、高电压、长寿命的钾离子电池正极材料。
Claims (10)
1.一种高储钾普鲁士蓝电极材料，其特征在于，所述高储钾普鲁士蓝电极材料，制备方法包括如下步骤：于抗坏血酸和柠檬酸的混合溶液中加入亚铁氰化钾，搅拌10-20min后加入铁粉，将反应体系密闭，在室温下磁力搅拌2-3h，陈化，过滤，所得固体物洗涤，干燥，得到高储钾普鲁士蓝电极材料。
2.根据权利要求1所述的一种高储钾普鲁士蓝电极材料，其特征在于，所述抗坏血酸和柠檬酸的混合溶液中，按质量比，抗坏血酸:柠檬酸＝4:1。
3.根据权利要求1所述的一种高储钾普鲁士蓝电极材料，其特征在于，所述陈化是，将反应体系在密闭环境下静置24h。
4.根据权利要求1所述的一种高储钾普鲁士蓝电极材料，其特征在于，所述洗涤是，将固体物先在酸中浸泡10-20min后，再用去离子水进行洗涤。
5.根据权利要求1所述的一种高储钾普鲁士蓝电极材料，其特征在于，所述酸是盐酸。
6.权利要求1-5任意一项所述的一种高储钾普鲁士蓝电极材料作为正极材料在钾离子电池中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，方法如下：用N-甲基-1-吡咯烷酮将高储钾普鲁士蓝电极材料、导电剂和粘结剂混合研磨成均匀的浆料，将浆料均匀的涂到铝箔载流体上，烘干，制成正极极片；用玻璃纤维为隔膜；钾片为负极极片；以六氟磷钾溶解到碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯中作为电解液，组装成纽扣钾离子电池。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述导电剂是乙炔黑，所述粘结剂是聚偏氟乙烯。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，按质量比，高储钾普鲁士蓝电极材料:乙炔黑:聚偏氟乙烯＝7:2:1。
10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述高储钾普鲁士蓝电极材料在铝箔载流体上的负载量在0.6-1.9mg cm-2的范围内。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210078633.9A CN114497495A (zh) | 2022-01-24 | 2022-01-24 | 一种高储钾普鲁士蓝电极材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210078633.9A CN114497495A (zh) | 2022-01-24 | 2022-01-24 | 一种高储钾普鲁士蓝电极材料及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114497495A true CN114497495A (zh) | 2022-05-13 |
Family
ID=81475680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210078633.9A Pending CN114497495A (zh) | 2022-01-24 | 2022-01-24 | 一种高储钾普鲁士蓝电极材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114497495A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115117457A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-09-27 | 河南师范大学 | 一种钾离子全电池器件的制备方法 |
| CN115745030A (zh) * | 2023-01-09 | 2023-03-07 | 浙江帕瓦新能源股份有限公司 | 钾离子电池正极材料及其前驱体、以及制备方法 |
| CN117430135A (zh) * | 2023-12-21 | 2024-01-23 | 山东海化集团有限公司 | 一种合成锰铁基普鲁士蓝钠电正极材料的方法及由该方法制备的正极材料 |
| CN117430134A (zh) * | 2023-12-21 | 2024-01-23 | 山东海化集团有限公司 | 一种锰铁基普鲁士蓝钠电正极材料的制备方法及由该方法制备的正极材料 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108217630A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-29 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 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 |
| CN109437240A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-03-08 | 清华大学深圳研究生院 | 一种钾离子电池高电位正极材料的制备方法 |
| JP2020092086A (ja) * | 2018-11-26 | 2020-06-11 | 学校法人東京理科大学 | カリウムイオン二次電池用の正極材料及びその製造方法 |
| CN111547742A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-08-18 | 浙江钠创新能源有限公司 | 一种钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池 |
| CN112607748A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-06 | 三峡大学 | 一种多元普鲁士蓝钠离子电池正极材料及其制备方法 |
| KR20210098758A (ko) * | 2020-02-03 | 2021-08-11 | 서울대학교산학협력단 | 프러시안 블루 및 그 제조방법 |
| CN113488646A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-10-08 | 三峡大学 | 一种普鲁士蓝类钠离子电池正极材料及其制备方法 |
| CN113540445A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-10-22 | 恒大新能源技术(深圳)有限公司 | 普鲁士蓝及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-01-24 CN CN202210078633.9A patent/CN114497495A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108217630A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-29 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 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 |
| CN109437240A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-03-08 | 清华大学深圳研究生院 | 一种钾离子电池高电位正极材料的制备方法 |
| JP2020092086A (ja) * | 2018-11-26 | 2020-06-11 | 学校法人東京理科大学 | カリウムイオン二次電池用の正極材料及びその製造方法 |
| KR20210098758A (ko) * | 2020-02-03 | 2021-08-11 | 서울대학교산학협력단 | 프러시안 블루 및 그 제조방법 |
| CN111547742A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-08-18 | 浙江钠创新能源有限公司 | 一种钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池 |
| CN112607748A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-06 | 三峡大学 | 一种多元普鲁士蓝钠离子电池正极材料及其制备方法 |
| CN113540445A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-10-22 | 恒大新能源技术(深圳)有限公司 | 普鲁士蓝及其制备方法和应用 |
| CN113488646A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-10-08 | 三峡大学 | 一种普鲁士蓝类钠离子电池正极材料及其制备方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115117457A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-09-27 | 河南师范大学 | 一种钾离子全电池器件的制备方法 |
| CN115117457B (zh) * | 2022-08-26 | 2023-04-25 | 河南师范大学 | 一种钾离子全电池器件的制备方法 |
| CN115745030A (zh) * | 2023-01-09 | 2023-03-07 | 浙江帕瓦新能源股份有限公司 | 钾离子电池正极材料及其前驱体、以及制备方法 |
| CN117430135A (zh) * | 2023-12-21 | 2024-01-23 | 山东海化集团有限公司 | 一种合成锰铁基普鲁士蓝钠电正极材料的方法及由该方法制备的正极材料 |
| CN117430134A (zh) * | 2023-12-21 | 2024-01-23 | 山东海化集团有限公司 | 一种锰铁基普鲁士蓝钠电正极材料的制备方法及由该方法制备的正极材料 |
| CN117430134B (zh) * | 2023-12-21 | 2024-04-05 | 山东海化集团有限公司 | 一种锰铁基普鲁士蓝钠电正极材料的制备方法及由该方法制备的正极材料 |
| CN117430135B (zh) * | 2023-12-21 | 2024-04-05 | 山东海化集团有限公司 | 一种合成锰铁基普鲁士蓝钠电正极材料的方法及由该方法制备的正极材料 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114497495A (zh) | 一种高储钾普鲁士蓝电极材料及其制备方法和应用 | |
| CN114050246A (zh) | 微米级多孔硫酸亚铁钠/碳复合正极材料及其制备的钠离子电池或钠电池 | |
| CN105633360B (zh) | 无定形态四氧化三铁/石墨烯气凝胶复合材料、制备方法及其应用 | |
| CN107768645B (zh) | 一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及其制备方法 | |
| CN113903884B (zh) | 正极活性材料及其制备方法、正极、锂离子电池 | |
| EP4443532A1 (en) | Prussian white composite material, and preparation method therefor and use thereof | |
| CN116936955A (zh) | 一种基于盐包水电解质的氯离子电池及其制备方法 | |
| CN108511726B (zh) | 三氧化二铁/碳锂离子电池负极材料、制备方法及其应用 | |
| CN114464780A (zh) | 纳米核壳镶嵌的纳米片状离子电池负极复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN111705315B (zh) | 一种改性铜三维骨架的制备方法及其在锂电池中的应用 | |
| CN105489884A (zh) | 化学还原氧化石墨烯/镁改善镍钴锰酸锂电化学性能的方法 | |
| CN109850949B (zh) | 一种锂离子电池用富锂锰酸锂正极材料的制备方法 | |
| CN110336011A (zh) | 一种制备牡丹花状N-doped C/SnS锂离子电池负极材料的方法 | |
| CN114094063B (zh) | 一种利用空腔前驱体与zif衍生物相结合制备电池负极材料的方法 | |
| CN115893509A (zh) | 用于锂离子电池负极材料的四氧化三钴/氮掺杂碳复合材料的制备方法 | |
| CN111653724B (zh) | 一种表面改性的镍锰酸锂正极材料及其制备方法 | |
| CN114824211A (zh) | 一种锡基包覆正极材料前驱体的方法及正极材料前驱体 | |
| CN115367771A (zh) | 一种高稳定性的微米级立方体普鲁士蓝及其类似物及其制备方法与应用 | |
| CN113072044A (zh) | 一种核壳结构FeP纳米链及其制备方法和在电池中的应用 | |
| CN114335552B (zh) | 正极材料及其改性工艺、固态电池 | |
| CN108649280A (zh) | 一种高性能碱性二次镍铁全电池及其制备方法 | |
| CN113257583B (zh) | Li3V2O5-碳纳米管复合材料及其制备方法和在锂离子混合电容器中的应用 | |
| CN117542997B (zh) | 一种碳包覆碱式硫酸铁钾离子电池正极材料的制备方法 | |
| CN113451574B (zh) | 一种磷酸铁锂片及其制备方法、锂离子电池 | |
| CN113735192B (zh) | 一种低容量损失的锂离子电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220513 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |