CN114988432A - 一种普鲁士蓝钠离子电池制备及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种普鲁士蓝钠离子电池制备及其应用，涉及电池领域。该基于一种普鲁士蓝钠离子电池制备及其应用，包括以下步骤：S1.称取10份Na4Fe(CN)6作为单一铁源。随着溶液中合成温度的逐渐提高，产物的结晶度，颗粒尺寸和充放电容量都有提高，提高沉淀产物的结晶度和减少晶格缺陷，增加合成的普鲁士蓝材料表现出小电流下的高容量和较为优异的循环稳定性，以乙醇作为反应溶剂，乙醇在PBNPs的形成过程中不仅能够改变包覆材料PVP的分子构型，从而增加初级形成纳米晶核之间的空间位阻，阻碍其定向组装，从而获得超小PBNPs，Na4Fe(CN)6分别与酸与碱进行反应，并在混合后保持酸性，增加反应的效率同时，便于与电池的电解液进行混合。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体为一种普鲁士蓝钠离子电池制备及其应用。
背景技术
随着电动汽车、储能电站等新能源技术的快速发展，对大规模储能的需求与日俱增。但是现有的储能技术，如锂离子电池，由于其锂资源的稀缺性和高价格，难以满足大规模储能的要求。因此，近年来人们又将视野扩展到一些资源丰富、成本低廉的碱金属或高价态金属元素，如Na+，Mg2+，Zn2+， Al3+等，以期利用这类离子的嵌入反应，构建低成本、高性能的二次电池新体系。普鲁士蓝类化合物具有开放式的框架结构和三维的离子通道，非常适合上述大尺寸离子的快速迁移，近年来作为极有潜力的嵌入电极受到较大关注。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种普鲁士蓝钠离子电池制备及其应用，解决了普鲁士蓝类化合物导电率低影响电池性能的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种普鲁士蓝钠离子电池制备，包括以下步骤：
S1.称取10份Na4Fe(CN)6作为单一铁源，将10份Na4Fe(CN)6分成两份质量占比为6：4；
S2.取摩尔质量相同的硫酸与氢氧化钠，并分别加入搅拌装置，将含量60％的Na4Fe(CN)6加入6份硫酸中，将含量40％的Na4Fe(CN)6作加入4份氢氧化钠中，并在煮沸条件下加搅拌10min；
S3.S2步骤中反应完成后，将两个溶液进行缓慢混合，并在常温环境下进行充分搅拌，得混合溶液；
S4.将S3中的溶液及进行过滤，得到滤渣，滤液收集备用，并将滤渣使用清水进行清洗，向混合溶液中加入10份100％乙醇，得到混合物；
S5.将钠盐、表面活性剂与去离子水与S4中得到的混合物进行混合，并以10℃/min的速率升高温度至80-90℃，并保持温度30min。
S6.升高至80-90℃后加入可溶性二价锰盐，经沉淀反应得到普鲁士蓝材料，将沉淀过滤后加入S4中的滤液。
优选的，所述去离子水的质量为3份，所述硫酸为浓硫酸。
优选的，所述钠盐为碳酸钠、硫酸钠中的至少一种，所述表面活性剂为硫酸盐。
优选的，所述二价锰盐为MnSO4·7H2O、MnCl2·6H2O中的至少一种。
优选的，所述硫酸的摩尔质量为18.4mol/l。
一种普鲁士蓝钠离子电池的应用，包括正极片、负极片、隔离膜和电解液。
优选的，所述离子电池作为储能设备在太阳能发电、风力发电、水力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源以及通信基站中的应用。
(三)有益效果
本发明提供了一种普鲁士蓝钠离子电池制备及其应用。具备以下有益效果：
1、随着溶液中合成温度的逐渐提高，产物的结晶度，颗粒尺寸和充放电容量都有提高，提高沉淀产物的结晶度和减少晶格缺陷，增加合成的普鲁士蓝材料表现出小电流下的高容量和较为优异的循环稳定性。
2、以乙醇作为反应溶剂，乙醇在PBNPs的形成过程中不仅能够改变包覆材料PVP的分子构型，从而增加初级形成纳米晶核之间的空间位阻，阻碍其定向组装，从而获得超小PBNPs。
3、Na4Fe(CN)6分别与酸与碱进行反应，并在混合后保持酸性，增加反应的效率同时，便于与电池的电解液进行混合。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本发明实施例提供一种普鲁士蓝钠离子电池制备，包括以下步骤：S1.称取10份Na4Fe(CN)6作为单一铁源，将10份Na4Fe(CN)6分成两份质量占比为6：4，S2.取摩尔质量相同的硫酸与氢氧化钠，并分别加入搅拌装置，将含量60％的Na4Fe(CN)6加入6份硫酸中，所述去离子水的质量为3份，所述硫酸为浓硫酸，所述硫酸的摩尔质量为18.4mol/l，将含量40％的Na4Fe(CN)6 作加入4份氢氧化钠中，并在煮沸条件下加搅拌10min，浓硫酸煮沸像水一样沸腾，但同时会产生大量酸性蒸气，需要避免吸入，98％浓硫酸沸点约为340 摄氏度，S3.S2步骤中反应完成后，将两个溶液进行缓慢混合，并在常温环境下进行充分搅拌，得混合溶液，S4.将S3中的溶液及进行过滤，得到滤渣，滤液收集备用，并将滤渣使用清水进行清洗，向混合溶液中加入10份100％乙醇，得到混合物，从而增加初级形成的PB纳米晶核之间的空间位阻，阻碍其定向组装，从而获得超小PBNPs，S5.将钠盐、表面活性剂与去离子水与S4 中得到的混合物进行混合，所述钠盐为碳酸钠、硫酸钠中的至少一种，所述表面活性剂为硫酸盐，所述二价锰盐为MnSO4·7H2O、MnCl2·6H2O中的至少一种，二价锰的化合物的强酸盐易溶，其水合晶体为浅红色或玫瑰色，并以 10℃/min的速率升高温度至80℃，并保持温度30min，S6.升高至80℃后加入可溶性二价锰盐，合成温度的逐渐提高，产物的结晶度，颗粒尺寸和充放电容量都有提高，提高沉淀产物的结晶度和减少晶格缺陷，增加合成的普鲁士蓝材料表现出小电流下的高容量和较为优异的循环稳定性，经沉淀反应得到普鲁士蓝材料，将沉淀过滤后加入S4中的滤液。
一种普鲁士蓝钠离子电池的应用，包括正极片、负极片、隔离膜和电解液，所述离子电池作为储能设备在太阳能发电、风力发电、水力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源以及通信基站中的应用。
实施例二：
本发明实施例提供一种普鲁士蓝钠离子电池制备，包括以下步骤：S1.称取10份Na4Fe(CN)6作为单一铁源，将10份Na4Fe(CN)6分成两份质量占比为6：4，S2.取摩尔质量相同的硫酸与氢氧化钠，并分别加入搅拌装置，将含量60％的Na4Fe(CN)6加入6份硫酸中，所述去离子水的质量为3份，所述硫酸为浓硫酸，所述硫酸的摩尔质量为18.4mol/l，将含量40％的Na4Fe(CN)6 作加入4份氢氧化钠中，并在煮沸条件下加搅拌10min，浓硫酸煮沸像水一样沸腾，但同时会产生大量酸性蒸气，需要避免吸入，98％浓硫酸沸点约为340 摄氏度，S3.S2步骤中反应完成后，将两个溶液进行缓慢混合，并在常温环境下进行充分搅拌，得混合溶液，S4.将S3中的溶液及进行过滤，得到滤渣，滤液收集备用，并将滤渣使用清水进行清洗，向混合溶液中加入10份100％乙醇，得到混合物，从而增加初级形成的PB纳米晶核之间的空间位阻，阻碍其定向组装，从而获得超小PBNPs，S5.将钠盐、表面活性剂与去离子水与S4 中得到的混合物进行混合，所述钠盐为碳酸钠、硫酸钠中的至少一种，所述表面活性剂为硫酸盐，所述二价锰盐为MnSO4·7H2O、MnCl2·6H2O中的至少一种，二价锰的化合物的强酸盐易溶，其水合晶体为浅红色或玫瑰色，并以 10℃/min的速率升高温度至90℃，并保持温度30min，S6.升高至90℃后加入可溶性二价锰盐，合成温度的逐渐提高，产物的结晶度，颗粒尺寸和充放电容量都有提高，提高沉淀产物的结晶度和减少晶格缺陷，增加合成的普鲁士蓝材料表现出小电流下的高容量和较为优异的循环稳定性，经沉淀反应得到普鲁士蓝材料，将沉淀过滤后加入S4中的滤液。
一种普鲁士蓝钠离子电池的应用，包括正极片、负极片、隔离膜和电解液，所述离子电池作为储能设备在太阳能发电、风力发电、水力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源以及通信基站中的应用。
实施例三：
本发明实施例提供一种普鲁士蓝钠离子电池制备，包括以下步骤：S1.称取10份Na4Fe(CN)6作为单一铁源，将10份Na4Fe(CN)6分成两份质量占比为6：4，S2.取摩尔质量相同的硫酸与氢氧化钠，并分别加入搅拌装置，将含量60％的Na4Fe(CN)6加入6份硫酸中，所述去离子水的质量为3份，所述硫酸为浓硫酸，所述硫酸的摩尔质量为18.4mol/l，将含量40％的Na4Fe(CN)6 作加入4份氢氧化钠中，并在煮沸条件下加搅拌10min，浓硫酸煮沸像水一样沸腾，但同时会产生大量酸性蒸气，需要避免吸入，98％浓硫酸沸点约为340 摄氏度，S3.S2步骤中反应完成后，将两个溶液进行缓慢混合，并在常温环境下进行充分搅拌，得混合溶液，S4.将S3中的溶液及进行过滤，得到滤渣，滤液收集备用，并将滤渣使用清水进行清洗，向混合溶液中加入10份100％乙醇，得到混合物，从而增加初级形成的PB纳米晶核之间的空间位阻，阻碍其定向组装，从而获得超小PBNPs，S5.将钠盐、表面活性剂与去离子水与S4 中得到的混合物进行混合，所述钠盐为碳酸钠、硫酸钠中的至少一种，所述表面活性剂为硫酸盐，所述二价锰盐为MnSO4·7H2O、MnCl2·6H2O中的至少一种，二价锰的化合物的强酸盐易溶，其水合晶体为浅红色或玫瑰色，并以 10℃/min的速率升高温度至85℃，并保持温度30min，S6.升高至85℃后加入可溶性二价锰盐，合成温度的逐渐提高，产物的结晶度，颗粒尺寸和充放电容量都有提高，提高沉淀产物的结晶度和减少晶格缺陷，增加合成的普鲁士蓝材料表现出小电流下的高容量和较为优异的循环稳定性，经沉淀反应得到普鲁士蓝材料，将沉淀过滤后加入S4中的滤液。
一种普鲁士蓝钠离子电池的应用，包括正极片、负极片、隔离膜和电解液，所述离子电池作为储能设备在太阳能发电、风力发电、水力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源以及通信基站中的应用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种普鲁士蓝钠离子电池制备，其特征在于：包括以下步骤：
S1.称取10份Na4Fe(CN)6作为单一铁源，将10份Na4Fe(CN)6分成两份质量占比为6：4；
S2.取摩尔质量相同的硫酸与氢氧化钠，并分别加入搅拌装置，将含量60％的Na4Fe(CN)6加入6份硫酸中，将含量40％的Na4Fe(CN)6作加入4份氢氧化钠中，并在煮沸条件下加搅拌10min；
S3.S2步骤中反应完成后，将两个溶液进行缓慢混合，并在常温环境下进行充分搅拌，得混合溶液；
S4.将S3中的溶液及进行过滤，得到滤渣，滤液收集备用，并将滤渣使用清水进行清洗，向混合溶液中加入10份100％乙醇，得到混合物；
S5.将钠盐、表面活性剂与去离子水与S4中得到的混合物进行混合，并以10℃/min的速率升高温度至80-90℃，并保持温度30min。
S6.升高至80-90℃后加入可溶性二价锰盐，经沉淀反应得到普鲁士蓝材料，将沉淀过滤后加入S4中的滤液。
2.根据权利要求1所述的一种普鲁士蓝钠离子电池制备，其特征在于：所述去离子水的质量为3份，所述硫酸为浓硫酸。
3.根据权利要求1所述的一种普鲁士蓝钠离子电池制备，其特征在于：所述钠盐为碳酸钠、硫酸钠中的至少一种，所述表面活性剂为硫酸盐。
4.根据权利要求1所述的一种普鲁士蓝钠离子电池制备，其特征在于：所述二价锰盐为MnSO4·7H2O、MnCl2·6H2O中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种普鲁士蓝钠离子电池制备，其特征在于：所述硫酸的摩尔质量为18.4mol/l。
6.一种普鲁士蓝钠离子电池的应用，其特征在于：包括正极片、负极片、隔离膜和电解液。
7.根据权利要求6所述的一种普鲁士蓝钠离子电池的应用，其特征在于：所述离子电池作为储能设备在太阳能发电、风力发电、水力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源以及通信基站中的应用。
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