一种钠离子电池电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钠离子电池电极材料及其制备方法,包括以下制备步骤：S1.将(NH

A kind of electrode material for sodium ion battery and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池电极材料及其制备方法
本专利技术涉及钠离子电池的电极材料领域，尤其涉及一种窄带隙Fe3(PO4)2电极材料及其制备方法。
技术介绍
如今，煤炭和石油的大量消费带来了诸如气候变化和环境污染等许多重大后果，清洁能源已经在全世界范围内扩散。由于这些能源的发电量随四个季节而波动，因此当它们通过智能电网重新分配和利用时，它们需要廉价，高效的固定储能系统。因此，已经期望相对成熟的锂离子电池(LIBs)改善绿色能源的发展。然而，渐进奇观的市场引起了人们对可开采锂资源短缺的普遍关注。因此，考虑钠离子电池(SIBs)的目的是提供一种具有成本效益的选择，由于其具有竞争力的成本效益和丰富的资源，因此可以不受资源和供应风险的影响，其性能超过了市场上的其他可充电电池。最近，有报道称SIBs的广泛阴极材料是雨后冒出的竹笋，氟化物和氟氧化物(FeF3/C[D.Ma,H.Wang,Y.Li,D.Xu,S.Yuan,X.Huang,X.Zhang,Y.J.N.E.Zhang,InsitugeneratedFeF3inhomogeneousironmatrixtowardhigh-performancecathodematerialforsodium-ionbatteries,NanoEnergy,10(2014)295-304.]，Fe-金属有机骨架(MOFs)[Y.Hou,T.Huang,Z.Wen,S.Mao,S.Cui,J.J.A.E.M.Chen,Metal-organicframework-derivednitrogen-dopedcore-shell-structuredporousFe/Fe3C@Cnanoboxessupportedongraphenesheetsforefficientoxygenreductionreactions,Adv.EnergyMater.,4(2014)1400337.]和FeO0.7F1.3/C[Y.N.Zhou,M.Sina,N.Pereira,X.Yu,G.G.Amatucci,X.Q.Yang,F.Cosandey,K.W.J.A.F.M.Nam,FeO0.7F1.3/CNanocompositeasaHigh-CapacityCathodeMaterialforSodium-IonBatteries,Adv.Funct.Mater.,25(2015)696-703.])，NaFePO4[Y.Zhu,Y.Xu,Y.Liu,C.Luo,C.J.N.Wang,ComparisonofelectrochemicalperformancesofolivineNaFePO4insodium-ionbatteriesandolivineLiFePO4inlithium-ionbatteries,Nanoscale,5(2013)780-787.]、[N.Wongittharom,T.-C.Lee,C.-H.Wang,Y.-C.Wang,J.-K.J.J.o.M.C.A.Chang,ElectrochemicalperformanceofNa/NaFePO4sodium-ionbatterieswithionicliquidelectrolytes,J.Mater.Chem.A,2(2014)5655-5661.]和FePO4[Y.Fang,L.Xiao,J.Qian,X.Ai,H.Yang,Y.J.N.l.Cao,MesoporousamorphousFePO4nanospheresashigh-performancecathodematerialforsodium-ionbatteries,NanoLett.,14(2014)3539-3543.]、[P.Moreau,D.Guyomard,J.Gaubicher,F.J.C.o.M.Boucher,StructureandstabilityofsodiumintercalatedphasesinolivineFePO4,Chem.Mat.,22(2010)4126-4128.])等。然而，上述阴极材料的带隙较宽和离子扩散距离长导致离子电导率和电子电导率一般，因此严重限制了它们的商业应用。此外，这些阴极材料难以在室温下达到理论电化学性能。先前已用于LIBs的无定形FePO4是可以作为SIBs电极材料[Y.Liu,Y.Xu,X.Han,C.Pellegrinelli,Y.Zhu,H.Zhu,J.Wan,A.C.Chung,O.Vaaland,C.J.N.l.Wang,PorousamorphousFePO4nanoparticlesconnectedbysingle-wallcarbonnanotubesforsodiumionbatterycathodes,NanoLett.,12(2012)5664-2415668.]。尽管FePO4纳米晶体和非晶态FePO4在简单且低温的合成过程中显示出奇妙的优势[Q.Fan,L.Lei,G.Yin,Y.Chen,Y.J.E.C.Sun,DirectgrowthofFePO4/graphenehybridsforLi-ionandNa-ionstorage,Electrochem.commun.,38(2014)120-123.]，但先前研究的直接和间接结果已经暗示了具有FePO4相关阴极的SIBs的电池性能是差的[Y.Liu,Y.Xu,X.Han,C.Pellegrinelli,Y.Zhu,H.Zhu,J.Wan,A.C.Chung,O.Vaaland,C.J.N.l.Wang,PorousamorphousFePO4nanoparticlesconnectedbysingle-wallcarbonnanotubesforsodiumionbatterycathodes,NanoLett.,12(2012)5664-2415668.]。对于所有这些，主要原因是FePO4的宽带隙(1.323eV)导致离子电导率和电子电导率一般。因此，本专利技术要解决的技术问题是，提供一种窄带隙(0.2eV-2eV)的电极材料，其具有良好的电导率。
技术实现思路
针对上述现有技术中所存在的技术问题，本专利技术提供了一种电极材料，所述电极材料为窄带隙Fe3(PO4)2。优选的，所述窄带隙Fe3(PO4)2的带隙为0.38eV-3eV。优选的，所述窄带隙Fe3(PO4)2为层状结构。优选的，所述电极材料的制备方法是，将(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，H3PO4，尿素，十二烷基硫酸钠和去离子水混合得到第一混合溶液，将第一混合溶液加热保温一段时间，后冷却，得到Fe3(PO4)2微材料，所述Fe3(PO4)2微材料即为电极材料。优选的，(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的质量分数为3％-11％；H3PO4的质量分数为2％-5％，尿素的质量分数为63％-83％，十二烷基硫酸钠的质量分数为11％-26％。另一方面，本专利技术提供了一种所述电极材料的制造方法，其特征在于，包括以下原料：(NH4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极材料，其特征在于，所述电极材料为窄带隙Fe

【技术特征摘要】
1.一种电极材料，其特征在于，所述电极材料为窄带隙Fe3(PO4)2。


2.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，所述窄带隙Fe3(PO4)2为0.38eV-3eV。


3.根据权利要求1-2任一项所述的电极材料，其特征在于，所述窄带隙Fe3(PO4)2为层状结构。


4.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，所述电极材料的制备方法是，将(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，H3PO4，尿素，十二烷基硫酸钠和去离子水混合得到第一混合溶液，将第一混合溶液加热保温一段时间，后冷却，得到Fe3(PO4)2微材料，所述Fe3(PO4)2微材料即为电极材料。


5.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，所述(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的质量分数为3％-11％；H3PO4的质量分数为2％-5％，尿素的质量分数为63％-83％，十二烷基硫酸钠的质量分数为11％-26％。


6.一种如权利要求1-5任一项所述的电极材料的制造方法，其特征在于，包括以下原料：(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，H3PO4，尿素，十二烷基硫酸钠和去离子水，将上述原料混合得到第一混合溶液，将第一混合溶液加热保温一段时间，后冷却，得到Fe3(PO4)2微材料，所述Fe3(PO4)2微材料即为电极材料。


7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，包括以下制备步...

【专利技术属性】
技术研发人员：代汗清，陈媛媛，郭睿倩，张国旗，叶怀宇，
申请(专利权)人：深圳第三代半导体研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44