一种金属氧化物包覆的焦磷酸铁钠电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金属氧化物包覆的焦磷酸铁钠电极材料的制备方法及其产品和应用，属于电极材料制备技术领域。本发明专利技术公开的金属氧化物包覆的焦磷酸铁钠电极材料包括在焦磷酸铁钠以及包覆在所述焦磷酸铁钠表面的金属氧化物，使用简单的连续球磨法为合成方法，其工艺简单，易复制放大，其中焦磷酸铁钠经过表面金属氧化物的包覆处理后，材料的稳定性得到进一步的提升，材料本征离子扩散能力也有明显地增加，首效达到88％以上，克比容量可达107mA h g

Preparation method, product and application of metal oxide coated sodium iron pyrophosphate electrode material

【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物包覆的焦磷酸铁钠电极材料的制备方法及其产品和应用


[0001]本专利技术属于电极材料制备
，涉及一种金属氧化物包覆的焦磷酸铁钠电极材料的制备方法及其产品和应用。

技术介绍

[0002]伴随着社会的高速发展，人们对于能源的需求日益增多，从我国实际角度出发，虽然石油/天然气总储量在全球排进前10，但是人均能源资源不足是阻碍我国高速发展的关键因素，因此发展可再生的洁净能源成为必需。钠离子电池又称钠电，在形式与结构上与锂离子电池具有相似性，是一种新型的能量储存介质，通过离子在正负极之间嵌入与脱出，实现能量在电能和化学能之间的转换。相比于锂离子电池，钠离子电池具有钠资源极为丰富且其分布不受地域限制的优势，而不像锂资源主要分布在非洲和南美洲的部分国家或地区，基于目前我国外部形势的现实情况，发展一种不受资源和地缘政治的新型储能体系尤为关键。
[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，也不符合发展低成本的钠离子电池体系的出发点。
[0004]因此有必要研究和开发一种低成本、易合成、无毒无害、具有高稳定性的钠离子电池正极材料。

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金属氧化物包覆的焦磷酸铁钠电极材料的制备方法；本专利技术的目的之二在于提供一种金属氧化物包覆的焦磷酸铁钠电极材料；本专利技术的目的之三在于提供一种金属氧化物包覆的焦磷酸铁钠电极材料在制备钠离子电池正极材料方面的应用方面的应用。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]1、一种金属氧化物包覆的焦磷酸铁钠电极材料，所述电极材料包括在焦磷酸铁钠以及包覆在所述焦磷酸铁钠表面的金属氧化物(Na
4y
‑
2x
Fe
x
(P2O7)
y
@M)。
[0008]优选的，所述金属氧化物为含有Mn
2+
、Ni
2+
、Al
3+
或Mg
2+
中的任意一种的盐经过热解降温后形成的氧化物。
[0009]优选的，所述电极材料中的钠、铁和磷三种元素的摩尔比为4～15：4.5～6：8～12。
[0010]优选的，所述金属氧化物包覆的焦磷酸铁钠电极材料的化学组成为Na
4y
‑
2x
Fe
x
(P2O7)
y
@M，其中4.5≤x≤6，4≤y≤6，M为Mn
2+
、Ni
2+
、Al
3+
或Mg
2+
中的任意一种形成的氧化物。
[0011]2、上述金属氧化物包覆的焦磷酸铁钠电极材料的制备方法，所述制备方法包括如
下所示：
[0012](1)向初步热解的焦磷酸铁钠(Na
4y
‑
2x
Fe
x
(P2O7)
y
)(其中4.5≤x≤6，4≤y≤6)中加入金属盐，然后加入有机溶剂和球磨介质，球磨12～24h，干燥后得到金属盐包覆的焦磷酸铁钠前驱体(p
‑
Na
4y
‑
2x
Fe
x
(P2O7)
y
@M)；
[0013](2)将步骤(1)中制备的金属盐包覆的焦磷酸铁钠前驱体(p
‑
Na
4y
‑
2x
Fe
x
(P2O7)
y
@M)进行热解反应，反应结束后自然冷却即可得到金属氧化物包覆的焦磷酸铁钠电极材料 (Na
4y
‑
2x
Fe
x
(P2O7)
y
@M)。
[0014]优选的，步骤(1)中，所述初步热解的焦磷酸铁钠(Na
4y
‑
2x
Fe
x
(P2O7)
y
)(其中4.5≤x≤6， 4≤y≤6)按照如下方法制备：
[0015]将焦磷酸铁钠前驱体(p
‑
Na
4y
‑
2x
Fe
x
(P2O7)
y
)在惰性气体保护下进行预热解处理，反应结束后自然冷却即可；
[0016]所述球磨介质为不锈钢、玛瑙、氧化锆、刚玉或碳钢中的任意一种或几种。
[0017]优选的，所述焦磷酸铁钠前驱体(p
‑
Na
4y
‑
2x
Fe
x
(P2O7)
y
)(其中4.5≤x≤6，4≤y≤6)按照如下方法制备：
[0018]将钠源、磷源和铁源混合，加入有机溶剂和球磨介质，球磨6～12h得到有色匀浆，通过 200目筛网进行分离，干燥得到焦磷酸铁钠前驱体(p
‑
Na
4y
‑
2x
Fe
x
(P2O7)
y
)(其中4.5≤x≤6， 4≤y≤6)；
[0019]所述预热解处理为在温度为250℃～400℃下预热解为2～6h。
[0020]进一步优选的，所述钠源中的钠、磷源中的磷和铁源中的铁三种元素的摩尔比为4～15： 8～12：4.5～6；
[0021]所述有机溶剂为酒精、丙酮、N
‑
甲基吡咯烷酮或N,N
‑
二甲基甲酰胺中的任意一种或几种；
[0022]所述钠源、磷酸源和铁源混合后形成的混合分体质量与有机溶剂的质量比为1:1～2；
[0023]所述钠源为碳酸钠、醋酸钠、草酸钠、碳酸氢钠、氯化钠或硫酸钠中的任意一种或几种，所述磷酸源为磷酸、磷酸氢铵、磷酸氢二铵、磷酸氢钠、磷酸氢二钠、磷酸氢钾或磷酸氢二钾中的任意一种或几种；所述铁源为硫酸亚铁、氯化亚铁、二水合草酸亚铁或硝酸亚铁中的任意一种或几种。
[0024]优选的，步骤(1)中，所述金属盐为MnSO4、MnCl2、MnC2O4、NiCO3、NiCl2·
6H2O、 NiSO4，Al2(SiO3)3、Al2(SO4)3、MgCl2或MgCO3中的任意一种；
[0025]所述有机溶剂为酒精、丙酮、N
‑
甲基吡咯烷酮或N,N
‑
二甲基甲酰胺中的任意一种或几种；
[0026]所述初步热解的焦磷酸铁钠(Na
4y
‑
2x
Fe
x
(P2O7)
y
)、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物包覆的焦磷酸铁钠电极材料，其特征在于，所述电极材料包括在焦磷酸铁钠以及包覆在所述焦磷酸铁钠表面的金属氧化物。2.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，所述金属氧化物为含有Mn
2+
、Ni
2+
、Al
3+
或Mg
2+
中的任意一种的盐经过热解降温后形成的氧化物。3.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，所述电极材料中的钠、铁和磷三种元素的摩尔比为4～15：4.5～6：8～12。4.权利要求1～3任一项所述金属氧化物包覆的焦磷酸铁钠电极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下所示：(1)向初步热解的焦磷酸铁钠中加入金属盐，然后加入有机溶剂和球磨介质，球磨12～24h，干燥后得到金属盐包覆的焦磷酸铁钠前驱体；(2)将步骤(1)中制备的金属盐包覆的焦磷酸铁钠前驱体进行热解反应，反应结束后自然冷却即可得到金属氧化物包覆的焦磷酸铁钠电极材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述初步热解的焦磷酸铁钠按照如下方法制备：将焦磷酸铁钠前驱体在惰性气体保护下进行预热解处理，反应结束后自然冷却即可；所述球磨介质为不锈钢、玛瑙、氧化锆、刚玉或碳钢中的任意一种或几种。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述焦磷酸铁钠前驱体按照如下方法制备：将钠源、磷源和铁源混合，加入有机溶剂和球磨介质，球磨6～12h得到有色匀浆，通过200目筛网进行分离，干燥得到焦磷酸铁钠前驱体；所述预热解处理为在温度为250℃～400℃下预热解为2～6h。7.根据...

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