钠/锂离子电池磷酸盐正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钠/锂离子电池磷酸盐正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将植酸与碳材料在溶剂中充分搅拌混合，使磷酸根吸附在碳材料上形成磷酸基团；(2)往步骤(1)得到的体系中加入含有金属离子的金属盐并充分混合，使金属离子静电吸附在所述磷酸基团上，金属离子按照磷酸基团的排布在所述碳材料上的分布结晶，形成具有孔结构的材料。本发明专利技术利用植酸均匀吸附在碳材料上形成磷酸基团，然后金属离子按照磷酸基团的排布在碳材料上的分布结晶，从而形成了均匀可控的用于传质的特定孔结构，将其作为钠/锂离子电池正极材料，可实现快速传质、加强电子转移，从而具有高容量、高倍率和优异的循环稳定性。

Preparation of phosphate positive materials for Na / Li ion batteries

【技术实现步骤摘要】
钠/锂离子电池磷酸盐正极材料的制备方法
本专利技术涉及钠/锂离子电池
，具体涉及一种钠/锂离子电池正极材料的制备方法。
技术介绍
随着各种便携式电子产品日益普及，锂离子电池作为一种携带方便的电源设备日益受到关注。而钠和锂的理化性质近似，电池充放电原理也类似，因而钠离子电池的研究也日益受到重视。在实际应用方面，钠离子电池的能量密度通常低于锂离子电池，因此两者适合不同的领域。但是，研发先进的正、负极材料成为钠、锂离子电池实现实际应用的关键之一。磷酸锂铁(LiFePO4)作为新一代锂离子电池正极材料，被认为是锂离子电池理想的正极材料。与LiFePO4相比，FePO4更具有合成工艺简单、原料来源广泛、成本更低等优势，然而目前仍需克服其低电子导电性，这直接影响锂离子电池的比容量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钠/锂离子电池磷酸盐正极材料的制备方法，该磷酸盐正极材料能够显著提高钠/锂离子电池的比容量和循环稳定性。为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案：本专利技术公开了一种钠/锂离子电池磷酸盐正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将植酸与碳材料在溶剂中充分搅拌混合，使磷酸根吸附在碳材料上形成磷酸基团；(2)往步骤(1)得到的体系中加入含有金属离子的金属盐并充分混合，使金属离子静电吸附在所述磷酸基团上，金属离子按照磷酸基团的排布在所述碳材料上的分布结晶，形成具有孔结构的材料，即为所述钠/锂离子电池磷酸盐正极材料。作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，碳材料包括但不限于碳纳米管。作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，溶剂包括但不限于水、无水乙醇、N-甲基吡咯烷酮和二甲基甲酰胺中的一种或几种的混合。作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，金属离子包括但不限于Fe3+、Mn2+、Ni2+和Co2+中的一种或几种的混合。作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，含有金属离子的金属盐包括但不限于Fe3+、Mn2+、Ni2+和Co2+的硝酸盐、硫酸盐以及氯化盐中的一种或几种的混合。作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，往步骤(1)得到的体系中加入含有金属离子的金属盐并充分混合，调控金属盐的过饱和度和溶液的温度，使金属离子静电吸附在所述磷酸基团上，金属离子按照磷酸基团的排布在所述碳材料上的分布结晶，形成具有孔结构的材料，即为所述钠/锂离子电池磷酸盐正极材料。作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，碳材料、植酸与金属盐的质量比为1:1～10:10～30。作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，调控溶液的温度为-20～40℃。作为优选的技术方案，将步骤(2)得到的产物过滤，得到的固体材料干燥处理。作为优选的技术方案，将干燥后的固体材料置于25～1000℃环境下进行退火处理。本专利技术的有益效果：本专利技术利用植酸均匀吸附在碳材料上形成磷酸基团，然后金属离子按照磷酸基团的排布在碳材料上的分布结晶，从而形成了均匀可控的用于传质的特定孔结构，将其作为钠/锂离子电池正极材料可实现快速传质、加强电子转移，从而具有高容量、高倍率和优异的循环稳定性。附图说明图1为实施例1制得的FePO4(浆料)的SEM照片；图2为实施例1制得的FePO4(粉体)的SEM照片；图3为实施例1制得的FePO4作为正极材料的钠离子电池在0.5C充放电倍率下的性能图；图4为实施例1制得的FePO4作为正极材料的锂离子电池在0.5C充放电倍率下的性能图；图5为实施例2制得的Mn3(PO4)2(浆料)的SEM照片；图6为实施例2制得的Mn3(PO4)2作为正极材料的锂离子电池在1C充放电倍率下的性能图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术作进一步阐述。实施例1(1)将植酸与碳纳米管在水中充分搅拌混合，使磷酸根吸附在碳纳米管上形成磷酸基团；(2)往步骤(1)得到的体系中加入Fe(NO3)3并充分混合，控制碳纳米管、植酸与Fe(NO3)3的质量比为1:5:25，溶液的温度为0～5℃，使Fe3+静电吸附在所述磷酸基团上，Fe3+按照磷酸基团的排布在所述碳纳米管上的分布结晶；制得的浆料的SEM照片如图1所示，从图中可见均匀可控的可用于传质的孔结构；(3)将步骤(2)得到的产物过滤，得到的固体材料干燥处理，然后置于200℃环境下进行退火处理；制得的粉体的SEM照片如图2所示，从图中可见均匀可控的可用于传质的孔结构。图3为实施例1制得的FePO4作为正极材料的钠离子电池在0.5C充放电倍率下的性能图，从图中可知，即使经过300次循环，电池仍保持较高的比容量，显示出极好的稳定性。图4为实施例1制得的FePO4作为正极材料的锂离子电池在0.5C充放电倍率下的性能图，从图中可知，即使经过120次循环，电池仍保持较高的比容量，显示出极好的稳定性。实施例2(1)将植酸与碳纳米管在N-甲基吡咯烷酮中充分搅拌混合，使磷酸根吸附在碳纳米管上形成磷酸基团；(2)往步骤(1)得到的体系中加入MnSO4并充分混合，控制碳纳米管、植酸与MnSO4的质量比为1:8:20，溶液的温度为20～25℃，使Mn2+静电吸附在所述磷酸基团上，Mn2+按照磷酸基团的排布在所述碳纳米管上的分布结晶；制得的浆料的SEM照片如图5所示，从图中可见均匀可控的可用于传质的孔结构。图6为实施例2制得的Mn3(PO4)2作为正极材料的锂离子电池在1C充放电倍率下的性能图，从图中可知，即使经过100次循环，电池仍保持较高的比容量，显示出极好的稳定性。参照实施例1和实施例2的方法，使用含有Fe3+、Mn2+、Ni2+、Co2+中的一种或几种混合的金属盐，同样能达到本专利技术的目的。以上显示和描述了本专利技术的基本原理、主要特征和本专利技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术范围内。本专利技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钠/锂离子电池磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将植酸与碳材料在溶剂中充分搅拌混合，使磷酸根吸附在碳材料上形成磷酸基团；(2)往步骤(1)得到的体系中加入含有金属离子的金属盐并充分混合，使金属离子静电吸附在所述磷酸基团上，金属离子按照磷酸基团的排布在所述碳材料上的分布结晶，形成具有孔结构的材料，即为所述钠/锂离子电池磷酸盐正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种钠/锂离子电池磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将植酸与碳材料在溶剂中充分搅拌混合，使磷酸根吸附在碳材料上形成磷酸基团；(2)往步骤(1)得到的体系中加入含有金属离子的金属盐并充分混合，使金属离子静电吸附在所述磷酸基团上，金属离子按照磷酸基团的排布在所述碳材料上的分布结晶，形成具有孔结构的材料，即为所述钠/锂离子电池磷酸盐正极材料。2.根据权利要求1所述的钠/锂离子电池磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，碳材料包括但不限于碳纳米管。3.根据权利要求1所述的钠/锂离子电池磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，溶剂包括但不限于水、无水乙醇、N-甲基吡咯烷酮和二甲基甲酰胺中的一种或几种的混合。4.根据权利要求1所述的钠/锂离子电池磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，金属离子包括但不限于Fe3+、Mn2+、Ni2+和Co2+中的一种或几种的混合。5.根据权利要求4所述的钠/锂离子电池磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，含有金属离子的金属盐包括但不限于Fe...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长明，吴超，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50