研究背景
近年来，由于化石能源的过度消耗带来的资源短缺及全球环境恶化等问题日益严峻，发展新型可再生清洁能源成为必然趋势。然而可再生能源的高效利用迫切需求高效、低廉的能源存储技术。钠离子电池体系具有资源丰富、价格低廉、环境友好以及与锂离子电池有相近的物理电化学性质等优点，有望成为一种重要的新型绿色储能电池。探索合适的钠离子电池电极材料对于钠离子电池的的发展至关重要。经过近些年的研究，一些高性能的材料体系不断涌现，正极材料主要
有层状过渡金属氧化物、磷酸盐、氟磷酸盐、普鲁士蓝类材料。其中普鲁士蓝类材料由于具有开放的框架结构，有利于钠离子的存储及快速迁移，因而受到研究者的广泛关注。
创新点及解决的问题
通过在低温共沉淀制备过程中引入络合剂柠檬酸三钠，基于柠檬酸三钠对Fe 2+ 的络合作用来有效控制普鲁士蓝的合成反应速率，一方面可控调节材料结晶性，另一方面调节材料中的钠含量，并降低结构中空位缺陷及结晶水含量，获得了电化学性能优良的铁基普鲁士蓝正极材料。系统研究了材料结构、颗粒形貌以及电化学性能，深入分析了结构以及颗粒形貌对电化学性能的影响。并探讨了络合剂在晶体结构形成中的作用，以及颗粒成核和生长过程中的作用机理。
重点内容导读
本文采用简单的共沉淀法，在制备过程中添加络合剂柠檬酸三钠，合成了富钠型铁基普鲁士蓝钠离子电池正极材料。借助 X 射线衍射技术（XRD）、扫描电子显微技术（SEM）、热重分析（TG）和电化学表征技术等测试方法分析了柠檬酸三钠络合剂在晶体结构形成中的作用，以及对材料电化学性能的影响。结果表明，添加络合剂制备出的铁基普鲁士蓝材料为单斜相，颗粒呈立方体状，结晶性和分散性良好，尺寸约 400 nm。未添加络合剂的材料表现为立方相，颗粒为圆形，尺寸约 150 nm，颗粒相互粘连出现明显团聚。单斜相样品具有钠含量高，水含量少的特征。用作钠离子电池正极材料，单斜相电极材料表现出更高的可逆比
容量及更优异的循环性和倍率性能。循环伏安测试和交流阻抗测试结果显示，单斜相电极材料相比于立方相电极材料具有更快的电化学反应动力学过程。文章讨论了柠檬酸三钠络合剂在普鲁士蓝颗粒成核和生长过程中的作用机理。
结论
通过在制备过程中引入络合剂柠檬酸钠，控制合成反应速率，制备出单斜相富钠型铁基普鲁士蓝材料。未添加络合剂的样品，表现出立方相结构。与立方结构的 PB-2 电极相比，单斜相结构 PB-1 电极表现出高的可逆比容量、稳定的循环性能。在 30 mA/g 的电流密度下，PB-1 电极首次充电比容量为 130.6 mA·h/g，放电比容量为 129.9 mA·h/g，库伦效率高达 99.5%，循环 100 次后，容量保持率为 75.7%，作为钠离子电池正极材料具有非常好的应用前景。值得一提的是，该工作通过使用柠檬酸钠作为络合剂制备单斜相的富钠型铁基普鲁士蓝材料的方法同样可以适用于制备其他高质量普鲁士蓝类材料；同时还可以尝试使用不同的络合剂制备高性能的富钠型普鲁士蓝材料。
