CN115784259A - 一种普鲁士类正极材料及其缺陷修复方法 - Google Patents
一种普鲁士类正极材料及其缺陷修复方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115784259A CN115784259A CN202211573459.1A CN202211573459A CN115784259A CN 115784259 A CN115784259 A CN 115784259A CN 202211573459 A CN202211573459 A CN 202211573459A CN 115784259 A CN115784259 A CN 115784259A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- prussian
- solution
- ferrocyanide
- positive electrode
- sodium
- 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.)
- Granted
Links
- 230000007547 defect Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 230000008439 repair process Effects 0.000 title claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 57
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 25
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 19
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 claims abstract description 15
- -1 transition metal salt Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 37
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 36
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 35
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 26
- 239000000264 sodium ferrocyanide Substances 0.000 claims description 21
- GTSHREYGKSITGK-UHFFFAOYSA-N sodium ferrocyanide Chemical group [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Fe+2].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] GTSHREYGKSITGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 235000012247 sodium ferrocyanide Nutrition 0.000 claims description 21
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 19
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 claims description 17
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 17
- 229940099596 manganese sulfate Drugs 0.000 claims description 13
- 239000011702 manganese sulphate Substances 0.000 claims description 13
- 235000007079 manganese sulphate Nutrition 0.000 claims description 13
- SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate Chemical compound [Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 13
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 13
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 12
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 8
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 claims description 8
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Substances [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L sodium sulfite Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])=O GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 claims description 4
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 claims description 4
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 claims description 4
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 229960001484 edetic acid Drugs 0.000 claims description 3
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 claims description 3
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 claims description 3
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000010265 sodium sulphite Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000010405 anode material Substances 0.000 abstract description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 67
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 20
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 16
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 10
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 6
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229920000447 polyanionic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
-
- 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
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种普鲁士类正极材料及其缺陷修复方法,涉及钠电池技术领域。该普鲁士类正极材料的缺陷修复方法包括:将第二溶液逐滴加入到第一溶液中,进行共沉淀反应,形成普鲁士类正极材料,其中,第一溶液中含有浓度为1‑2mol/L的亚铁氰化物,第二溶液中含有可溶性二价过渡金属盐;反应后期降低温度至20~30℃,然后进行陈化。本申请通过提高第一溶液中亚铁氰化物的浓度,有利于减少空位缺陷、配位水和结晶水的数量。通过降低温度使未反应的亚铁氰化物沉淀于普鲁士类正极材料表面,在陈化过程中进一步反应以减少空位缺陷的数量,可以获得循环稳定性和克容量优异的普鲁士类正极材料。
Description
技术领域
本发明涉及钠电池技术领域,具体而言,涉及一种普鲁士类正极材料及其缺陷修复方法。
背景技术
随着经济社会的发展,出现了各种各样的储能设备,比如锂离子电池作为技术较为成熟的储能设备,被广泛应用于消费电子和电动汽车等领域,然而因为锂资源的储量稀少,且集中于美洲地区,因此难以满足快速发展的锂离子电池的需求,因此有必要发展其它新型的储能体系,其中,钠离子电池被认为是最优前景的几个方向之一。钠离子电池包含过度金属氧化物体系、普鲁士类体系和聚阴离子体系等,其中普鲁士类体系具有明显的经济和安全优势,具有很大的应用价值,但是仍存在一些亟待解决的技术问题。
普鲁士类钠离子电池的制备方法主要包含:共沉淀法、水热法和机械混合法等,其中共沉淀法和水热法中,因为Na2M1[M2(CN)6]的ksp较小,沉淀迅速,容易产生大量含有[M2(CN)6]的普鲁士类正极材料,此时空位处暴露的Mn的空位点容易与反应体系中的水进一步结合,形成配位水,进一步结合结晶水,占据钠离子的储存位点,导致比容量降低,同时,在电池循环过程中,结晶水和间隙水脱离正极材料与电解质进一步反应,导致电池的循环性能降低。因此,如何减少[M2(CN)6]空位,是普鲁士类钠离子电池面临的一个重要问题。
现有技术一般通过降低反应速率的方式,提高普鲁士类正极材料的结晶性,减少[M2(CN)6]空位。比如通过控制反应的钠盐种类、滴定速度及和溶液的转速,对普鲁士白的形貌进行调控,并成功制备出水含量及缺陷较少、钠含量较高的正极材料。然而上述方法将导致反应时间明显延长,从而提高能耗并且降低产量。
鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种普鲁士类正极材料的及其缺陷修复方法。
本发明是这样实现的:
第一方面,本发明提供一种普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其包括:
将第二溶液逐滴加入到第一溶液中,进行共沉淀反应,形成普鲁士类正极材料,其中,所述第一溶液中含有浓度为1-2mol/L的亚铁氰化物,所述第二溶液中含有可溶性二价过渡金属盐;
共沉淀反应至无沉淀产生后降低温度使溶液中未反应的亚铁氰化物沉淀于所述普鲁士类正极材料的表面;然后进行陈化,使所述亚铁氰化物与所述普鲁士类正极材料反应以减少空位缺陷。
在可选的实施方式中,所述第一溶液的温度为55~80℃,降低温度至20-30℃。
在可选的实施方式中,所述亚铁氰化物包括特征(1)-(3)中的至少一种;
特征(1):所述亚铁氰化物的溶解饱和度为50%-100%;
特征(2):所述亚铁氰化物的浓度为1.2-2mol/L;
特征(3):所述亚铁氰化物为亚铁氰化钠。
在可选的实施方式中,所述可溶性钠源的浓度为0.1-2mol/L,所述可溶性钠源为氯化钠、柠檬酸钠和碳酸钠中的至少一种。
在可选的实施方式中,所述可溶性二价过渡金属盐包括硫酸锰0.5-0.7mol/L和柠檬酸钠0.5-0.7mol/L。
在可选的实施方式中,所述第二溶液包括特征(4)-(6)中的至少一种;
特征(4):所述第二溶液的温度为55~80℃;
特征(5):所述第二溶液中还包括还原剂0.1-5mol/L,所述还原剂包括抗坏血酸、亚硫酸钠和硫酸亚铁中的至少一种;
特征(6):所述第二溶液中还包括络合剂1-10mol/L,所述络合剂包括柠檬酸、乙二胺四乙酸和氨水中的至少一种。
在可选的实施方式中,所述陈化时间为4-10小时。
在可选的实施方式中,所述陈化后还包括固液分离,对沉淀进行洗涤以除去表面多余的所述亚铁氰化物,随后干燥。
在可选的实施方式中,所述洗涤包括先用去离子水洗涤2-3次,再用乙腈洗涤2-3次。
在可选的实施方式中,所述干燥包括于140℃-160℃的真空干燥箱中干燥10-14h。
第二方面,本发明提供一种普鲁士类正极材料,其采用如前述实施方式任一项所述的普鲁士类正极材料的缺陷修复方法制备而成。
本发明具有以下有益效果:
本发明将含有二价过渡金属盐的第二溶液滴加于含有高浓度的亚铁氰化物的第一溶液中反应,因为第一溶液中亚铁氰化物的浓度相对于常规的共沉淀反应更高,因此可以减少[Fe(CN)6]4-空位缺陷的产生,并且高浓度的亚铁氰化物还可以取代已经形成的配位水,最终减少沉淀产生的普鲁士类正极材料中空位缺陷、配位水和结晶水的数量。进一步通过在反应后期降低温度,可以将溶液中的亚铁氰化物沉淀于普鲁士类正极材料表面,在陈化过程中,亚铁氰化物与普鲁士类正极材料进一步反应,进一步减少[Fe(CN)6]4-空位缺陷的数量,因为亚铁氰化钠和普鲁士类钠正极材料的溶解度相差很大,因此在使用去离子水对沉淀进行清洗的过程中即可去除多余的亚铁氰化物。上述方式得到的普鲁士类正极材料,具有更好的循环稳定性和克容量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例1提供的低缺陷普鲁士类正极材料的XRD图;
图2为本申请对比例1提供的普鲁士类正极材料的XRD图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明提供一种普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其包括如下步骤:
S1、制备第一溶液。
将浓度为1-2mol/L的可溶性亚铁氰化物、可溶性钠源溶解于水得到第一溶液。
优选地,亚铁氰化物的浓度为1.2-2mol/L;亚铁氰化物的溶解饱和度为50%-100%;亚铁氰化物为亚铁氰化钠。可溶性钠源的浓度为0.1-2mol/L,可溶性钠源为氯化钠、柠檬酸钠和碳酸钠中的至少一种。第一溶液的温度为55~80℃。
S2、制备第二溶液。
将可溶性二价过渡金属盐溶解于水得到第二溶液;
可溶性二价过渡金属盐包括硫酸锰0.5-0.7mol/L和柠檬酸钠0.5-0.7mol/L。其中,柠檬酸钠可以起到络合剂+还原剂的作用。
第二溶液中还包括还原剂0.1-5mol/L,还原剂包括抗坏血酸、亚硫酸钠和硫酸亚铁中的至少一种;第二溶液中还包括络合剂1-10mol/L,络合剂包括柠檬酸、乙二胺四乙酸和氨水中的至少一种。第二溶液的温度为55~80℃;
S3、共沉淀反应。
将第二溶液逐滴加入到第一溶液中,进行共沉淀反应,形成普鲁士类正极材料。
由于本发明中,第一溶液中亚铁氰化物的浓度相对于常规的共沉淀反应更高,因此可以减少[Fe(CN)6]4-空位缺陷的产生,并且高浓度的亚铁氰化物还可以取代已经形成的配位水,最终减少沉淀产生的普鲁士类正极材料中空位缺陷、配位水和结晶水的数量。共沉淀反应的反应温度为55~80℃,反应至无沉淀物生成为止。
S4、降温沉淀。
反应后期降低温度至20~30℃,反应0.5-2h至沉淀完全,使溶液中未反应的亚铁氰化物沉淀于普鲁士类正极材料的表面;
由于亚铁氰化物的溶解度受温度的影响较大,当温度降低时,亚铁氰化物的溶解度降低,此时未反应的亚铁氰化物可以析出并沉淀于普鲁士类正极材料的表面。
S5、陈化。
降温后进行室温陈化,陈化时间为4-10小时。陈化处理可以使亚铁氰化物与普鲁士类正极材料进一步反应以减少[Fe(CN)6]4-空位缺陷的数量。
S6、后处理。
陈化后固液分离,对沉淀进行洗涤以除去表面多余的亚铁氰化物,随后干燥即得的低缺陷普鲁士类正极材料。
固液分离包括过滤、离心、压滤等方式,只要实现将固液进行分离即可。洗涤包括先用去离子水洗涤2-3次,再用乙腈洗涤2-3次。因为亚铁氰化钠和普鲁士类钠正极材料的溶解度相差很大,因此使用去离子水进行洗涤可以充分将表面多余的亚铁氰化物去除,提高低缺陷普鲁士类正极材料的纯度,此外,干燥包括于140℃-160℃的真空干燥箱中干燥10-14h。
采用上述制备方法制备获得的普鲁士类正极材料具有更好的循环稳定性和克容量。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其包含以下步骤:
在反应器中加入1L的去离子水,投入1mol亚铁氰化钠和1mol氯化钠,加热至60℃进行搅拌溶解得到第一溶液,将0.6mol硫酸锰和0.6mol柠檬酸钠溶解于250mL 60℃的去离子水中得到第二溶液,将第二溶液通过蠕动泵以1ml/min滴加到反应器中并不断搅拌,反应结束后生成沉淀物,将反应温度降低至20℃,反应0.5h使反应器中进一步产生沉淀,陈化6小时后,过滤得到沉淀,使用0.5倍体积的去离子水洗涤两次,然后用乙腈洗涤两次,转移到150℃的真空干燥箱中干燥12h,即得到低缺陷普鲁士类正极材料。其XRD图见图1,从图1可以看出,实施例1制备的材料为单斜相态。
实施例2
本实施例提供了一种普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其包含以下步骤:
在反应器中加入1L的去离子水,投入1.2mol亚铁氰化钠和1mol氯化钠,加热至60℃进行搅拌溶解得到第一溶液,将0.6mol硫酸锰和0.6mol柠檬酸钠溶解于250mL 60℃的去离子水中得到第二溶液,将第二溶液通过蠕动泵以1ml/min滴加到反应器中并不断搅拌,反应结束后生成沉淀物,将反应温度降低至20℃,反应0.5h使反应器中进一步产生沉淀,陈化6小时后,过滤得到沉淀,使用0.5倍体积的去离子水洗涤两次,然后用乙腈洗涤两次,转移到150℃的真空干燥箱中干燥12h,即得到低缺陷普鲁士类正极材料。
实施例3
本实施例提供了一种普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其包含以下步骤:
在反应器中加入1L的去离子水,投入1.5mol亚铁氰化钠和1.5mol氯化钠,加热至70℃进行搅拌溶解得到第一溶液,将0.7mol硫酸锰和0.7mol柠檬酸钠溶解于250mL 70℃的去离子水中得到第二溶液,将第二溶液通过蠕动泵以1ml/min滴加到反应器中并不断搅拌,反应结束后生成沉淀物,将反应温度降低至25℃,反应0.5h使反应器中进一步产生沉淀,陈化8小时后,过滤得到沉淀,使用0.5倍体积的去离子水洗涤两次,然后用乙腈洗涤两次,转移到160℃的真空干燥箱中干燥10h,即得到低缺陷普鲁士类正极材料。
实施例4
本实施例提供了一种普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其包含以下步骤:
在反应器中加入1L的去离子水,投入2mol亚铁氰化钠和2mol氯化钠,加热至80℃进行搅拌溶解得到第一溶液,将0.7mol硫酸锰和0.7mol柠檬酸钠溶解于250mL 80℃的去离子水中得到第二溶液,将第二溶液通过蠕动泵以1ml/min滴加到反应器中并不断搅拌,反应结束后生成沉淀物,将反应温度降低至30℃,反应0.5h使反应器中进一步产生沉淀,陈化10小时后,过滤得到沉淀,使用0.5倍体积的去离子水洗涤两次,然后用乙腈洗涤两次,转移到140℃的真空干燥箱中干燥12h,即得到低缺陷普鲁士类正极材料。
实施例5
本实施例提供了一种普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其包含以下步骤:
在反应器中加入1L的去离子水,投入1.5mol亚铁氰化钠和1.5mol氯化钠,加热至70℃进行搅拌溶解得到第一溶液,将0.7mol硫酸锰、0.7mol柠檬酸钠、抗坏血酸2mol、柠檬酸5mol、溶解于250mL 70℃的去离子水中得到第二溶液,将第二溶液通过蠕动泵以1ml/min滴加到反应器中并不断搅拌,反应结束后生成沉淀物,将反应温度降低至25℃,反应0.5h使反应器中进一步产生沉淀,陈化8小时后,过滤得到沉淀,使用0.5倍体积的去离子水洗涤两次,然后用乙腈洗涤两次,转移到160℃的真空干燥箱中干燥10h,即得到低缺陷普鲁士类正极材料。
对比例1
一种普鲁士类正极材料的制备方法,包含以下步骤:
在反应器中加入1L的去离子水,投入0.3mol亚铁氰化钠和1mol氯化钠,加热至60℃进行搅拌溶解得到第一溶液,将0.6mol硫酸锰和0.6mol柠檬酸钠溶解于250mL 60℃的去离子水中得到第二溶液,将第二溶液通过蠕动泵以1ml/min滴加到反应器中并不断搅拌,反应结束后生成沉淀物,陈化6小时后,过滤得到沉淀,使用0.5倍体积的去离子水洗涤两次,然后用乙腈洗涤两次,转移到150℃的真空干燥箱中干燥12h,即得到普鲁士类正极材料,其XRD图请参阅图2,可以看出对比例1制备的材料为单斜相态,对比图1和图2,可以看出,实施例1制备得到的材料具有更强的峰值和更窄的半高宽,结晶性更好,缺陷水平更低。
对比例2
一种普鲁士类正极材料的制备方法,包含以下步骤:
在反应器中加入1L的去离子水,投入1mol亚铁氰化钠和1mol氯化钠,加热至60℃进行搅拌溶解得到第一溶液,将0.6mol硫酸锰和0.6mol柠檬酸钠溶解于250mL 60℃的去离子水中得到第二溶液,将第二溶液通过蠕动泵以1ml/min滴加到反应器中并不断搅拌,反应结束后生成沉淀物,陈化6小时后,过滤得到沉淀,使用0.5倍体积的去离子水洗涤两次,然后用乙腈洗涤两次,转移到150℃的真空干燥箱中干燥12h,即得到普鲁士类正极材料。
对比例3
一种普鲁士类正极材料的制备方法,包含以下步骤:
在反应器中加入1L的去离子水,投入0.3mol亚铁氰化钠和1mol氯化钠,加热至60℃进行搅拌溶解得到第一溶液,将0.6mol硫酸锰和0.6mol柠檬酸钠溶解于250mL 60℃的去离子水中得到第二溶液,将第二溶液通过蠕动泵以1ml/min滴加到反应器中并不断搅拌,反应结束后生成沉淀物,将反应温度降低至20℃,反应0.5h使反应器中进一步产生沉淀,陈化6小时后,过滤得到沉淀,使用0.5倍体积的去离子水洗涤两次,然后用乙腈洗涤两次,转移到150℃的真空干燥箱中干燥12h,即得到普鲁士类正极材料。
对比例4
一种普鲁士类正极材料的制备方法,包含以下步骤:
在反应器中加入1L的去离子水,投入0.3mol亚铁氰化钠和1mol氯化钠,加热至60℃进行搅拌溶解得到第一溶液,将0.6mol硫酸锰和0.6mol柠檬酸钠溶解于250mL 60℃的去离子水中得到第二溶液,将第二溶液通过蠕动泵以1ml/min滴加到反应器中并不断搅拌,反应结束后生成沉淀物,将反应温度降低至40℃,反应0.5h使反应器中进一步产生沉淀,陈化6小时后,过滤得到沉淀,使用0.5倍体积的去离子水洗涤两次,然后用乙腈洗涤两次,转移到150℃的真空干燥箱中干燥12h,即得到普鲁士类正极材料。
对比例5
一种普鲁士类正极材料的制备方法,包含以下步骤:
在反应器中加入1L的去离子水,投入0.3mol亚铁氰化钠和1mol氯化钠,加热至60℃进行搅拌溶解得到第一溶液,将0.6mol硫酸锰和0.6mol柠檬酸钠溶解于250mL 60℃的去离子水中得到第二溶液,将第二溶液通过蠕动泵以1ml/min滴加到反应器中并不断搅拌,反应结束后生成沉淀物,将反应温度降低至10℃,反应0.5h使反应器中进一步产生沉淀,陈化6小时后,过滤得到沉淀,使用0.5倍体积的去离子水洗涤两次,然后用乙腈洗涤两次,转移到150℃的真空干燥箱中干燥12h,即得到普鲁士类正极材料。
为了验证本发明实施例1-5制备得到的锰基普鲁士类钠正极材料的性能,将各实施例方法制备的产品作为正极,以金属钠为负极,玻璃纤维为隔膜,六氟磷酸钠的EC/DEC溶液为电解液于手套箱中装配钠离子半电池,并在2~4V的工作电压,不同电流密度下进行充放电测试,同时以对比例1-5产品作为对照样品并进行相同测试,结果如表1所示。
表1.不同样品的充放电测试结果统计表
根据表1的数据可知,从实施例1-5的克容量和循环稳定性均优于对比例1-5,其中,对比实施例1和实施例2可以看出,进一步提高亚铁氰化钠的浓度可以提升克容量和循环稳定性,实施例3和实施例4可以看出,对方法中涉及的参数在特定范围内进行调整,依然可以获得良好的克容量和循环稳定性,对比实施例3和实施例5可以看出,在第二溶液中增加还原剂和络合剂,可以进一步提升克容量和循环稳定性。此外,实施例1和对比例2的克容量和循环稳定性均优于对比例1和3,这是因为使用的亚铁氰化物的浓度相对于常规的共沉淀反应体系的浓度更高,可以减少[Fe(CN)6]4-空位缺陷的产生,并且高浓度的亚铁氰化物还可以取代已经形成的配位水,最终减少沉淀产生的普鲁士类正极材料中空位缺陷、配位水和结晶水的数量。实施例1的克容量和循环稳定性相对于对比例2进一步提高,这是因为实施例1在沉淀生成普鲁士类钠正极材料后,通过降低反应温度,使得溶液中的亚铁氰化钠均匀的沉淀于普鲁士类钠正极材料表面,在陈化过程中,沉淀于普鲁士类钠正极材料表面的亚铁氰化钠可以继续反应,从而修复普鲁士类钠正极材料的[Fe(CN)6]4-空位,进一步提高克容量和循环稳定性。对比例3虽然也在沉淀后进行降温处理,但是因为初始的亚铁氰化钠浓度太低,并不能产生亚铁氰化钠沉淀,因此并不能够在陈化过程中进一步对空位缺陷进行修复,因此其克容量和循环稳定性均不如实施例1。而对比例4和对比例5可以看出,共沉淀后的降温处理需要降温至特定的温度范围内,当温度高于本申请限定的20~30℃的范围时,降温不充分,体系内的未反应的亚铁氰化物不能充分沉淀于普鲁士类正极材料的表面,导致减少空位缺陷的程度低。而当温度低于本申请限定的20~30℃的范围时,会导致亚铁氰化物快速析出,无法均匀的沉淀于普鲁士类正极材料的表面,空位缺陷的减少情况欠佳。
综上所述,本发明将含有二价过渡金属盐的第二溶液滴加于含有高浓度的亚铁氰化物的第一溶液中反应,因为第一溶液中亚铁氰化物的浓度相对于常规的共沉淀反应更高,因此可以减少[Fe(CN)6]4-空位缺陷的产生,并且高浓度的亚铁氰化物还可以取代已经形成的配位水,最终减少沉淀产生的普鲁士类正极材料中空位缺陷、配位水和结晶水的数量。进一步通过在反应后期降低温度,可以将溶液中的亚铁氰化物沉淀于普鲁士类正极材料表面,在陈化过程中,亚铁氰化物与普鲁士类正极材料进一步反应,进一步减少[Fe(CN)6]4-空位缺陷的数量,因为亚铁氰化钠和普鲁士类钠正极材料的溶解度相差很大,因此在使用去离子水对沉淀进行清洗的过程中即可去除多余的亚铁氰化物。上述方式得到的普鲁士类正极材料,具有更好的循环稳定性和克容量。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其特征在于,其包括:
将第二溶液逐滴加入到第一溶液中,进行共沉淀反应,形成普鲁士类正极材料,其中,所述第一溶液中含有浓度为1-2mol/L的亚铁氰化物,所述第二溶液中含有可溶性二价过渡金属盐;
共沉淀反应至无沉淀产生后降低温度使溶液中未反应的亚铁氰化物沉淀于所述普鲁士类正极材料的表面;然后进行陈化,使所述亚铁氰化物与所述普鲁士类正极材料反应以减少空位缺陷。
2.根据权利要求1所述的普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其特征在于,所述第一溶液的温度为55~80℃,降低温度至20-30℃。
3.根据权利要求2所述的普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其特征在于,所述亚铁氰化物包括特征(1)-(3)中的至少一种;
特征(1):所述亚铁氰化物的溶解饱和度为50%-100%;
特征(2):所述亚铁氰化物浓度为1.2-2mol/L;
特征(3):所述亚铁氰化物为亚铁氰化钠。
4.根据权利要求1所述的普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其特征在于,所述第一溶液中还含有浓度为0.1-2mol/L可溶性钠源,所述可溶性钠源为氯化钠、柠檬酸钠和碳酸钠中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其特征在于,所述可溶性二价过渡金属盐包括硫酸锰0.5-0.7mol/L和柠檬酸钠0.5-0.7mol/L。
6.根据权利要求1所述的普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其特征在于,所述第二溶液包括特征(4)-(6)中的至少一种;
特征(4):所述第二溶液的温度为55~80℃;
特征(5):所述第二溶液中还包括还原剂0.1-5mol/L,所述还原剂包括抗坏血酸、亚硫酸钠和硫酸亚铁中的至少一种;
特征(6):所述第二溶液中还包括络合剂1-10mol/L,所述络合剂包括柠檬酸、乙二胺四乙酸和氨水中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其特征在于,所述陈化时间为4-10小时。
8.根据权利要求1所述的普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其特征在于,所述陈化后还包括固液分离,对沉淀进行洗涤以除去表面多余的所述亚铁氰化物,随后干燥。
9.根据权利要求1所述的普鲁士类正极材料的缺陷修复方法,其特征在于,所述洗涤包括先用去离子水洗涤2-3次,再用乙腈洗涤2-3次;
优选地,所述干燥包括于140℃-160℃的真空干燥箱中干燥10-14h。
10.一种普鲁士类正极材料,其特征在于,其采用如权利要求1-9任一项所述的普鲁士类正极材料的缺陷修复方法制备而成。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211573459.1A CN115784259B (zh) | 2022-12-08 | 2022-12-08 | 一种普鲁士类正极材料及其缺陷修复方法 |
PCT/CN2023/080237 WO2024119639A1 (zh) | 2022-12-08 | 2023-03-08 | 一种普鲁士类正极材料及其缺陷修复方法 |
FR2313050A FR3143208A1 (fr) | 2022-12-08 | 2023-11-24 | Matériau de cathode au blanc ou bleu de prusse et procédé de réparation d’un défaut de celui-ci |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211573459.1A CN115784259B (zh) | 2022-12-08 | 2022-12-08 | 一种普鲁士类正极材料及其缺陷修复方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115784259A true CN115784259A (zh) | 2023-03-14 |
CN115784259B CN115784259B (zh) | 2024-07-09 |
Family
ID=85418284
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211573459.1A Active CN115784259B (zh) | 2022-12-08 | 2022-12-08 | 一种普鲁士类正极材料及其缺陷修复方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115784259B (zh) |
FR (1) | FR3143208A1 (zh) |
WO (1) | WO2024119639A1 (zh) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110921681A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-03-27 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种普鲁士蓝材料及其制备方法和应用 |
WO2021168600A1 (zh) * | 2020-02-24 | 2021-09-02 | 辽宁星空钠电电池有限公司 | 一种低水分含量的普鲁士蓝钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池 |
CN113353955A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-07 | 华中科技大学 | 一种普鲁士蓝及其类似物、缺陷修复方法及其应用 |
CN114620758A (zh) * | 2022-03-23 | 2022-06-14 | 三峡大学 | 一种氧化铜修饰铁基普鲁士蓝正极材料的制备方法 |
CN114956121A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-08-30 | 郑州轻工业大学 | 一种高结晶普鲁士蓝类似物材料及其制备方法和应用 |
CN115377412A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-11-22 | 广东邦普循环科技有限公司 | 高导电性普鲁士蓝类正极材料的制备方法及其应用 |
CN115367772A (zh) * | 2022-09-15 | 2022-11-22 | 中国石油大学(华东) | 一种普鲁士蓝类正极材料的制备方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5999675B2 (ja) * | 2010-08-30 | 2016-09-28 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 無欠陥型プルシアンブルー類似体によるリチウムイオン2次電池用電極材料 |
CN111377462B (zh) * | 2019-07-05 | 2022-10-11 | 上海交通大学 | 普鲁士蓝类正极材料、钠离子电池及其制备方法和应用 |
CN110451525B (zh) * | 2019-08-07 | 2021-05-11 | 清华大学 | 一种快速制备单斜晶结构普鲁士蓝类似物的方法 |
CN113479911B (zh) * | 2021-06-21 | 2023-03-17 | 华中科技大学 | 一种铁基普鲁士蓝、制备方法及其应用 |
CN114212803B (zh) * | 2021-10-28 | 2023-09-12 | 广东邦普循环科技有限公司 | 掺杂氟的普鲁士蓝类钠离子电池正极材料的制备方法 |
CN115448327B (zh) * | 2022-09-29 | 2024-03-12 | 广东邦普循环科技有限公司 | 低缺陷普鲁士蓝类正极材料的制备方法及其应用 |
-
2022
- 2022-12-08 CN CN202211573459.1A patent/CN115784259B/zh active Active
-
2023
- 2023-03-08 WO PCT/CN2023/080237 patent/WO2024119639A1/zh unknown
- 2023-11-24 FR FR2313050A patent/FR3143208A1/fr active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110921681A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-03-27 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种普鲁士蓝材料及其制备方法和应用 |
WO2021168600A1 (zh) * | 2020-02-24 | 2021-09-02 | 辽宁星空钠电电池有限公司 | 一种低水分含量的普鲁士蓝钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池 |
CN113353955A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-07 | 华中科技大学 | 一种普鲁士蓝及其类似物、缺陷修复方法及其应用 |
CN114620758A (zh) * | 2022-03-23 | 2022-06-14 | 三峡大学 | 一种氧化铜修饰铁基普鲁士蓝正极材料的制备方法 |
CN114956121A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-08-30 | 郑州轻工业大学 | 一种高结晶普鲁士蓝类似物材料及其制备方法和应用 |
CN115367772A (zh) * | 2022-09-15 | 2022-11-22 | 中国石油大学(华东) | 一种普鲁士蓝类正极材料的制备方法 |
CN115377412A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-11-22 | 广东邦普循环科技有限公司 | 高导电性普鲁士蓝类正极材料的制备方法及其应用 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
王雪吟: "钠离子电池正极材料Na2MnFe(CN)6的制备及其电化学性能研究", 工程科技Ⅱ辑, no. 7, pages 39 - 47 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2024119639A1 (zh) | 2024-06-13 |
CN115784259B (zh) | 2024-07-09 |
FR3143208A1 (fr) | 2024-06-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113178566B (zh) | 一种尖晶石型单晶无钴高电压镍锰酸锂正极材料、其制备方法及锂离子电池 | |
CN112357975B (zh) | 一种中空型三元正极材料前驱体的制备方法及所制得的三元正极材料前驱体 | |
CN111252784B (zh) | 一种锰基普鲁士白正极材料的制备方法及其在钠离子电池电极中的应用 | |
CN108821310B (zh) | 一种类普鲁士白材料及其制备方法和应用 | |
CN115448327B (zh) | 低缺陷普鲁士蓝类正极材料的制备方法及其应用 | |
CN115133003B (zh) | 一种钠离子电池正极材料及其制备方法 | |
CN112993243A (zh) | 一种高密度铝掺杂氧化钴的制备方法 | |
CN113206242A (zh) | 一种镍钴锰铝四元前驱体及正极材料和制备方法 | |
CN115924980A (zh) | 一种复合磷酸盐的铁基钠离子电池层状正极材料前驱体的制备方法 | |
CN114314541B (zh) | 一种高压密用磷酸铁及其制备方法 | |
CN112952088B (zh) | 一种基于碳布生长的金属掺杂碳酸锰电极材料及其制备方法和应用 | |
CN117430134B (zh) | 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 | |
CN114388757A (zh) | 可用于钠离子电池正极的普鲁士白材料及其制备方法 | |
CN115784259B (zh) | 一种普鲁士类正极材料及其缺陷修复方法 | |
CN115626669A (zh) | 一种转换型材料协同改性钠离子电池o3相层状氧化物的正极材料及其制备方法与应用 | |
CN116282073A (zh) | 一种锰基普鲁士蓝正极材料及其制备方法和应用 | |
CN114516624B (zh) | 一种形貌可控的磷酸铁及其制备方法以及一种磷酸铁锂 | |
CN108598459B (zh) | 一种球形氢氧化镍钴铝的制备方法 | |
CN113929138A (zh) | 一种Mo/O共掺杂VS4镁离子电池正极材料及其应用 | |
CN115744994B (zh) | 一种电池级四氧化三锰的制备方法 | |
CN112993230B (zh) | 一种镓体相掺杂和氧化镓与磷酸钛镓锂修饰的前驱体及正极材料、以及制备方法 | |
CN118352684A (zh) | 普鲁士蓝类正极材料的再生方法和普鲁士蓝类正极材料 | |
CN115966689A (zh) | 一种梯度结构普鲁士白材料及制备方法、正极材料和钠离子电池 | |
CN116941066A (zh) | 一种改性高镍三元正极材料及其制备方法与电池 | |
CN117430173A (zh) | 一种梯度掺钨正极材料前驱体的制备方法 |
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 | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |