一种用于钠离子电池的Mg掺杂氟化磷酸铁钠材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及新型储能材料技术领域，且公开了一种用于钠离子电池的Mg掺杂氟化磷酸铁钠材料及其制备方法，1）、将碳酸氢钠、草酸亚铁、氟化钠、磷酸二氢铵，镁源进行混合；2）、将混料A与无水乙醇或去离子水进行球磨，得到物料B，球磨18

【技术实现步骤摘要】
一种用于钠离子电池的Mg掺杂氟化磷酸铁钠材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新型储能材料
，具体为一种用于钠离子电池的Mg掺杂氟化磷酸铁钠材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]以传统能源为基础的能源经济存在着严重的问题如：资源紧缺、不可再生、环境污染等危害，所以，我们需要去开发更多的新能源比如：风能、太阳能、生物质能、地热能等；但是时间、空间和气候等因素限制了可再生能源的大规模开发利用，这些新型能源都存在着效率分布不均和存储等问题。因此我们需要借助更高效的能量转化和储存装置来实现新型的可再生能源的利用。在所有的电化学系统中，二次电池中锂离子电池可以进行高效的能量转化和储存，能够提供稳定的电力供应，满足用电设备的高要求等优势，从而实现可再生能源的可持续开发利用。但在自然界中锂元素的含量非常少，仅占了地球元素含0.006%，并且价格不断上涨，而钠元素却能达到2.74%，价格低廉，因此，实现高性能钠离子电池的产业化有着重大的战略意义。
[0003]针对于此，关于钠离子电池正极材料的制备就显得尤为重要，然而钠离子半径较大，充放电过程中钠离子迁移速度慢，成为了制约钠离子电池发展的因素之一；在氟化磷酸铁钠中，氟离子具有强烈的诱导效应，会使得成键的电子云发生偏移，使分子发生极化，虽然这种诱导效应会使得活性氧化还原对的电压升高，但限制了钠离子的迁移速率，因此，氟化磷酸铁钠的倍率性能差，而Mg掺杂的氟化磷酸铁钠通过晶格结构，弱化了诱导效应，减小钠离子的迁移阻力，从而改善氟化磷酸铁钠的倍率性能，本专利技术的意义就是要改善氟化磷酸铁钠材料的这一固有缺陷，Mg掺杂的氟化磷酸铁钠材料，化学式为 Na X Fe Y Mg Z PO 4 F，其中1.8≤X≤2.5，0.9≤Y+Z≤1.1；该材料具有良好的倍率性能，另一个显著优势是应用固相反应合成，合成过程简单，适用于批量化生。

技术实现思路

[0004]（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于钠离子电池的Mg掺杂氟化磷酸铁钠材料及其制备方法，具备了良好的倍率性能和循环性能的优点，解决了减小钠离子迁移阻力的问题。
[0005]（二）技术方案为实现上述可以彻底驱除甲醛的目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于钠离子电池的Mg掺杂氟化磷酸铁钠材料及其制备方法，所述材料的分子式为 Na X Fe Y Mg Z PO 4 F，其中1.8≤X≤2.5，0.9≤Y+Z≤1.1。
[0006]其制备方法包括以下步骤：1）、将碳酸氢钠、草酸亚铁、氟化钠、磷酸二氢铵，镁源进行混合，到混料A，碳酸氢
钠、草酸亚铁、氟化钠、磷酸二氢铵、掺杂镁源的摩尔比分别为0.8
‑
1.5：0.8
‑
0.98：1：1：0.005
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0.15；在混合过程中保持搅拌方向均为顺时针，且用专用玻璃棒进行搅拌10min
‑
15min使其搅拌均匀；2）、将混料A与无水乙醇或去离子水进行球磨，得到物料B，球磨18
‑
36h；所得球磨产物放入高温炉，球磨容器选自玛瑙球磨罐、聚氨酯球磨罐中的一种，在烧结过程中应保持物料B平衡稳定，防止因晃动导致的倾斜造成烧结错误；3）、将物料B真空干燥后，置于气氛炉中，在惰性气氛下550～700℃烧结4
‑
6h，冷却后得到Mg掺杂的氟化磷酸铁钠，冷却需在密封的冷控室内进行，可以有效的防止空气流动造成的不稳定。
[0007]进一步的，步骤1)中，镁源的种类为MgO、Mg(OH)2、Mg2(OH)2CO3、MgCO3、Mg(NO3)2、MgCl2、Mg(HCO3)2、Mg(ClO)2、MgC2O4中的一种或几种。
[0008]进一步的，步骤3)中在惰性气氛下烧结，以10—30℃／min加热速率升温，于450
‑
750℃恒温培烧10
‑
60min，烧结过程中应选用烤瓷材质的容器进行存放。
[0009]进一步的，步骤3)中，惰性气体为氮气、氩气、氢气中的一种或几种气体混合物，并以10
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30℃／min降温速度冷却至室温，氮气、氩气、氢气化学性质不活泼，在高温下才可以才能进行反应。
[0010]进一步的，包括权利要求1～4任一项所述的制备方法得到的Mg掺杂的氟化磷酸铁钠材料，每个步骤应严格按照标准剂量进行操作。
[0011]（三）有益效果与现有技术相比，本专利技术提供了一种用于钠离子电池的Mg掺杂氟化磷酸铁钠材料及其制备方法，具备以下有益效果：1、一种用于钠离子电池的Mg掺杂氟化磷酸铁钠材料及其制备方法，通过各种比例的混合调配，根据相应的高温烧结和低温冷却，进而得到倍率性能好、采用固相反应，制备工艺简单，适用于大规模的工业化生产。
[0012]2、一种用于钠离子电池的Mg掺杂氟化磷酸铁钠材料及其制备方法，该钠离子电池中的Mg掺杂的氟化磷酸铁钠通过晶格结构，弱化了诱导效应，减小钠离子的迁移阻力，从而改善氟化磷酸铁钠的倍率性能。
具体实施方式
[0013]下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0014]实施例一：一种用于钠离子电池的Mg掺杂氟化磷酸铁钠材料及其制备方法，所述材料的分子式为 Na X Fe Y Mg Z PO 4 F，其中1.8≤X≤2.5，0.9≤Y+Z≤1.1。
[0015]其制备方法包括以下步骤：1）、将碳酸氢钠、草酸亚铁、氟化钠、磷酸二氢铵，镁源进行混合，到混料A，碳酸氢钠、草酸亚铁、氟化钠、磷酸二氢铵、掺杂镁源的摩尔比分别为0.8：0.8：1：1：0.005；在混合
过程中保持搅拌方向均为顺时针，且用专用玻璃棒进行搅拌10min
‑
15min使其搅拌均匀；2）、将混料A与无水乙醇或去离子水进行球磨，得到物料B，球磨18h；所得球磨产物放入高温炉，球磨容器选自玛瑙球磨罐、聚氨酯球磨罐中的一种，在烧结过程中应保持物料B平衡稳定，防止因晃动导致的倾斜造成烧结错误；3）、将物料B真空干燥后，置于气氛炉中，在惰性气氛下550℃烧结4 h，冷却后得到Mg掺杂的氟化磷酸铁钠，冷却需在密封的冷控室内进行，可以有效的防止空气流动造成的不稳定。
[0016]进一步的，步骤1)中，镁源的种类为MgO、Mg(OH)2、Mg2(OH)2CO3、MgCO3、Mg(NO3)2、MgCl2、Mg(HCO3)2、Mg(ClO)2、MgC2O4中的一种或几种。
[0017]进一步的，步骤3)中在惰性气氛下烧结，以10℃／min加热速率升温，于450℃恒温培烧10min，烧结过程中应选用烤瓷材质的容器进行存放。
[0018]进一步的，步骤3)中，惰性气体为氮气、氩气、氢气中的一种或几种气体混合物，并以10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于钠离子电池的Mg掺杂氟化磷酸铁钠材料及其制备方法，其特征在于：所述材料的分子式为 Na X Fe Y Mg Z PO 4 F，其中 1.8≤X≤2.5，0.9≤Y+Z≤1.1；其制备方法包括以下步骤：1）、将碳酸氢钠、草酸亚铁、氟化钠、磷酸二氢铵，镁源进行混合，得到混料A；2）、将混料A与无水乙醇或去离子水进行球磨，得到物料B，球磨18
‑
36h；所得球磨产物放入高温炉；3）、将物料B真空干燥后，置于气氛炉中，在惰性气氛下550～700℃烧结4
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6h，冷却后得到Mg掺杂的氟化磷酸铁钠。2.根据权利要求1所述的一种用于钠离子电池的Mg掺杂氟化磷酸铁钠材料及其制备方法，其特征在于：步骤1)中，镁源的种类为MgO、Mg(OH)2、Mg2(OH)2CO3、MgCO3、Mg...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶茂，王韬，李用成，李东祥，宫毅涛，李亚书，
申请(专利权)人：辽宁星空新能源发展有限公司，
类型：发明
国别省市：