一种连续生产的碳包覆纳米正极材料的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术涉及一种连续生产的碳包覆纳米正极材料的制备方法及其产品和应用，属于正极材料制备技术领域。本发明专利技术公开了一种连续生产的碳包覆纳米正极材料的制备方法，主要采用砂磨

Preparation method, product and application of carbon coated nano cathode material produced continuously

【技术实现步骤摘要】
一种连续生产的碳包覆纳米正极材料的制备方法及其产品和应用


[0001]本专利技术属于正极材料制备
，涉及一种连续生产的碳包覆纳米正极材料的制备方法及其产品和应用。

技术介绍

[0002]钠离子电池由于其成本优势性，被广泛地认为是锂离子电池的有力替代者。而随着锂离子电池相关资源的价格飞涨，石油天然气等化石能源价格的不确定性，以及我国在传统化石能源价格上薄弱的定价权，因此发展新型低成本、环境友好的钠离子电池则显得尤为重要。由于风电、太阳能、潮汐能等可再生能源产生方式不具有短周期持续性，因此对于大规模低成本的储能设备需求量将会急剧上升，在发展洁净可再生能源的趋势下，将是发展钠离子电池的关键时期。
[0003]相较于层状氧化物、橄榄石型、普鲁士蓝等钠离子电池正极材料，聚阴离子材料由于其合成过程简单，成本较低，且性质稳定的因素，受到了广泛的关注。但是目前对于聚阴离子的研究主要集中在钒基材料上，如氟磷酸钒钠/氟磷酸氧钒钠等材料，其优势在于比容量较高，但是由于钒资源相对昂贵，且钒和钒的氧化物具有毒性，在大规模的应用中有一定的限制性。而铁基聚阴离子正极材料的合成过程相对成熟，但是多使用固相法，不具备连续生产的能力，且由于其导电性较差，电化学性能也受到一定的限制。
[0004]因此有必要研究和开发一种低成本、易合成、可连续生产作业、无毒无害、具有高稳定性的铁基聚阴离子钠离子电池正极材料制备方法。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种连续生产的碳包覆纳米正极材料的制备方法；本专利技术的目的之二在于提供一种连续生产的碳包覆纳米正极材料；本专利技术的目的之三在于提供一种连续生产的碳包覆纳米正极材料作为钠离子电池正极材料方面的应用。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]1.一种连续生产的碳包覆纳米正极材料的制备方法，所述制备方法采用砂磨
‑
喷雾干燥
‑ꢀ
低温碳化联用的方式进行，具体包括如下步骤：
[0008](1)预分散：将钠源、磷源、铁源进行预混合的得到混合物，加入碳源、分散剂、助磨剂和有机溶剂形成溶液，加入到分散容器中进行搅拌预分散0.5～2h；
[0009](2)制备碳包覆的正极材料前驱体浆料：将经过搅拌预分散的产物与砂磨机相连，按照 200～2000mL/min的速率进行泵料，再以800～1200rpm的转速进行初步砂磨1～2h，随后以1500～1800rpm的转速持续砂磨10～20h，在分离电机作用下使浆料与砂磨介质全部分离后停止泵料，得到碳包覆的正极材料前驱体浆料(Slurry
‑
nanoNa
x
Fe
y
(P2O7)4PO4@C)；
[0010](3)制备碳包覆的纳米正极材料前驱体：将盛装有碳包覆的正极材料前驱体浆料 (Slurry
‑
nanoNa
x
Fe
y
(P2O7)4PO4@C)的分散容器与喷雾干燥设备连接，进行喷雾干燥，得到碳
包覆的纳米正极材料前驱体(p
‑
nanoNa
x
Fe
y
(P2O7)4PO4@C)；
[0011](4)制备碳包覆纳米正极材料：将所述碳包覆的纳米正极材料前驱体 (p
‑
nanoNa
x
Fe
y
(P2O7)4PO4@C进行热解，待其自然降温后，得到碳包覆纳米正极材料 (nanoNa
x
Fe
y
(P2O7)4PO4@C)。
[0012]优选的，所述钠源中的钠、磷源中的磷和铁源中的铁的摩尔比为4
‑
7:4
‑
5:10；
[0013]所述混合物、碳源、分散剂、助磨剂的质量比为100:1
‑
10:1
‑
10:0.1
‑
2；
[0014]所述溶液中有机溶剂和固体物质的比例为4
‑
10:1。
[0015]进一步优选的，所述钠源为氯化钠、碳酸钠、草酸钠或碳酸氢钠中的任意一种或几种；
[0016]所述磷源为磷酸氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸氢钾、磷酸二氢钾或磷酸氢二钾中的任意一种或几种；
[0017]所述铁源为硫酸铁、氯化铁或硝酸铁中的任意一种或几种。
[0018]进一步优选的，所述碳源为聚乙二醇
‑
400、聚乙二醇
‑
600、聚乙二醇
‑
800、聚乙烯吡咯烷酮
‑
K30、聚乙烯吡咯烷酮
‑
K60、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸、沥青或聚苯胺中的任意一种或几种；
[0019]所述分散剂为聚乙二醇
‑
400、聚乙烯吡咯烷酮
‑
K30、聚丙烯酸钠或聚丙烯酸中的任意一种或几种；
[0020]所述助磨剂为六偏磷酸钠。
[0021]进一步优选的，所述有机溶剂为酒精、丙酮或异丙醇中的任意一种或几种。
[0022]优选的，步骤(2)中，所述喷雾干燥设备的进料温度为50
‑
90℃、出料温度为90
‑
110℃、泵料速率为30
‑
100mL/min。
[0023]优选的，步骤(2)中，所述分离电机的转速为1800rpm。
[0024]优选的，步骤(3)中，所述热解的过程中气氛为空气气氛或氧气气氛、热解温度为200
‑
600℃，热解时间为2
‑
6h。
[0025]2.根据上述制备方法制备的碳包覆纳米正极材料，所述碳包覆纳米正极材料包括纳米级材料以及表面包覆的碳源，其中x为4
‑
7的整数，y为4或5。
[0026]3.上述碳包覆纳米正极材料作为钠离子电池正极材料方面的应用。
[0027]本专利技术的有益效果在于：
[0028]1、本专利技术公开了一种连续生产的碳包覆纳米正极材料的制备方法，主要采用砂磨
‑
喷雾干燥
‑
低温碳化联用的合成方法，使用可更换的盛装容器完成目标产物的分批投料与产出，实现产物碳包覆纳米正极材料(Na
x
Fe
y
(P2O7)4PO4)的连续制备，该制备方法在工艺流程上可连续生产，无须多次投料操作，减轻了材料制备难度，保持了较低的制造成本和绿色的工艺流程，可实现不同功能性碳源包覆，有效地提升材料的电化学稳定性，具有优异的产业化前景；
[0029]2、本专利技术还公开了一种连续生产的碳包覆纳米正极材料，该材料的前驱体粒径≤100nm，主要是纳米级材料(Na
x
Fe
y
(P2O7)4PO4，其中x为4
‑
7的整数，y为4或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续生产的碳包覆纳米正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用砂磨
‑
喷雾干燥
‑
低温碳化联用的方式进行，具体包括如下步骤：(1)预分散：将钠源、磷源、铁源进行预混合的得到混合物，加入碳源、分散剂、助磨剂和有机溶剂形成溶液，加入到分散容器中进行搅拌预分散0.5～2h；(2)制备碳包覆的正极材料前驱体浆料：将经过搅拌预分散的产物与砂磨机相连，按照200～2000mL/min的速率进行泵料，再以800～1200rpm的转速进行初步砂磨1～2h，随后以1500～1800rpm的转速持续砂磨10～20h，在分离电机作用下使浆料与砂磨介质全部分离后停止泵料，得到碳包覆的正极材料前驱体浆料；(3)制备碳包覆的纳米正极材料前驱体：将盛装有碳包覆的正极材料前驱体浆料的分散容器与喷雾干燥设备连接，进行喷雾干燥，得到碳包覆的纳米正极材料前驱体；(4)制备碳包覆纳米正极材料：将所述碳包覆的纳米正极材料前驱体进行热解，待其自然降温后，得到碳包覆纳米正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钠源中的钠、磷源中的磷和铁源中的铁的摩尔比为4
‑
7:4
‑
5:10；所述混合物、碳源、分散剂、助磨剂的质量比为100:1
‑
10:1
‑
10:0.1
‑
2；所述溶液中有机溶剂和固体物质的比例为4
‑
10:1。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述钠源为氯化钠、碳酸钠、草酸钠或碳酸氢钠中的任意一种或几种；所述磷源为磷酸氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸氢钾、磷酸二氢钾或磷酸氢二钾中的任意一种或几种；所述铁源为硫酸铁、氯化铁或...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳亮，徐茂文，戚钰若，雷雨司，吴进，李杰，李连接，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：