全铁基钠离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及全铁基钠离子电池及其制备方法，该电池的正极材料与负极材料均为铁基材料；正极材料以焦磷酸磷酸铁钠作为原料，负极材料以氧化铁、四氧化三铁、磷化铁、硫化亚铁中的一种或多种为原料。本发明专利技术全电池的正极与负极均为铁基材料，铁基钠离子正、负极材料具有稳固的框架结构和良好的热稳定性，循环过程中结构稳定，并且原材料廉价易得，全铁基钠离子电池具备良好的商业化应用的潜力。电池具备良好的商业化应用的潜力。电池具备良好的商业化应用的潜力。

【技术实现步骤摘要】
全铁基钠离子电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，涉及一种全铁基钠离子电池，特别是涉及以两种铁基材料组装的全铁基钠离子电池及其制备方法。

技术介绍

[0002][0003]在钠离子电池正极材料中，铁基聚阴离子型正极材料资源丰富，具有开放的框架结构和良好的热稳定性，是构建高性能、低成本钠离子电池的关键技术。而在负极材料中，过渡金属氧化物和过渡金属硫化物等材料因其独特的形貌和高容量而成为Na
+
存储负极材料的研究热点。铁基钠离子正、负极材料由于其在地球上储量丰富、易获得、成本低、环境友好等特点被认为是有商业化应用前景的电池材料。
[0004]例如在第201911252756.4号中国专利中公开了一种铁基钠离子电池正极材料及其制备方法，该正极材料包括Na3Fe2(SO4)3F以及嵌入在Na3Fe2(SO4)3F本体结构中的碳基材料；所述铁基钠离子电池正极材料中，碳基材料的质量分数为1～10％。该Na3Fe2(SO4)3F正极材料，可保证储钠比容量，同时大大提升了循环稳定性和倍率性能，储钠电化学性能明显优于纯相NaxFey(SO4)z材料；相比于其它含钠层状过渡金属氧化物和聚阴离子型钒基磷酸盐等正极材料，Na3Fe2(SO4)3F正极材料在工作电位和能量密度上优势明显；然而该技术方案烧结温度过低，导致碳源碳化不充分，使得表面碳包覆层自身电导率低，石墨化程度差，不利于电荷传输及钠离子的扩散。
[0005]另外在第202111350999.9号中国专利中公开了一种焦磷酸铁基钠离子电池正极复合材料及制备方法，该正极复合材料包括Na
3.16
Fe
2.42
(P2O7)2以及修饰在Na
3.16
Fe
2.42
(P2O7)2本体颗粒表面和嵌入Na
3.16
Fe
2.42
(P2O7)2本体颗粒中的碳基材料；碳基材料的质量分数为1
‑
10％；反应物中添加不同种类的碳基材料，碳基材料一部分均匀包覆在Na
3.16
Fe
2.42
(P2O7)2材料颗粒表面，另一部分可嵌入到本体结构，将Na
3.16
Fe
2.42
(P2O7)2颗粒串联起来，起到电荷传递的桥梁作用，显著提高Na
3.16
Fe
2.42
(P2O7)2正极材料本体的电导率，合成过程中无有害废液产生，生产成本低，适合大规格工业化生产；然而该技术方案虽然可以在一定程度上增强Na
3.16
Fe
2.42
(P2O7)2的导电性，但是不能充分提高其倍率性能和结构稳定性。
[0006]鉴于上述，铁基钠离子电池还具有进一步研发的空间。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了解决上述现有技术存在的问题，而提出一种正、负极材料均具有稳固的框架结构和良好的热稳定性并且原材料廉价易得的全铁基钠离子电池及其制造方法。
[0008]本专利技术是通过以下技术方案实现的：上述的全铁基钠离子电池，包括正极材料、负极材料与电解液，其特征在于：所述正极材料与负极材料均为铁基材料；所述正极材料为铁基混合阴离子化合物焦磷酸磷酸铁
钠；所述负极材料包括氧化铁、磷化铁、硫化亚铁中的一种或多种。
[0009]所述的全铁基钠离子电池，其中：所述电解液为高氯酸钠、六氟磷酸钠、双氟磺酰亚胺钠、双三氟甲基磺酸亚酰胺钠中的一种或多种。
[0010]上述的全铁基钠离子电池的制备方法，是制备铁基混合阴离子化合物正极材料焦磷酸磷酸铁钠，将该正极材料、导电剂Super P、粘结剂PVDF按质量比8:1:1混合，集流体为铝箔，组成正极；将负极活性材料、导电剂Super P、粘结剂P VDF按质量比8:1:1混合，集流体为铝箔，组成负极；将正负极与电解液、Celgard隔膜，在氧分压小于0.1ppm的氩气气氛中组装，得到正极材料与负极材料均为铁基材料的全铁基钠离子电池。
[0011]所述的全铁基钠离子电池的制备方法，具体制备步骤如下：首先制备正极材料焦磷酸磷酸铁钠，以含水硝酸铁为铁源，以含水磷酸钠和无水乙酸钠为钠源、柠檬酸为碳源，除盐水和去离子水为溶剂，其中Na：Fe：P的比为1.02:0.75:1，C含量为1.5
‑
2.5%，固含量为30
‑
45%，然后以75
‑
85%的进风速率、130
‑
180℃的进风温度、0.3
‑
0.7%的进料速率进料进行喷雾干燥得到前驱体；然后将前驱体置于氩气气氛中，于500
‑
600℃温度下煅烧8
‑
15小时，即得正极材料Na4Fe3(PO4)2P2O7；然后制备负极材料或者直接选择成品铁基负极材料；将上述正极材料和负极材料在水氧低于0.01ppm的手套箱中组装扣式电池，得到正极材料化学式为Na4Fe3(PO4)2P2O7、负极为Fe2O3/GO的全铁基钠离子电池。
[0012]所述的全铁基钠离子电池的制备方法，其中：所述负极材料的制备是以铁盐、氧化石墨烯水溶胶为原料，将其溶解在40
‑
70ml去离子水中，搅拌均匀后超声分散50
‑
70min，于旋转蒸发器中除去水分后收集，再次烘干，收集到铁基负极材料粉末。
[0013]有益效果：本专利技术提出的Na3Fe2(PO4)P2O7巧妙的采用了磷酸根和焦磷酸根复合阴离子的结构，即稳定了产品的结构，同时进行了复合离子掺杂和复合碳源包覆，提高离子导电性和电子导电性，大大提升了容量，提供钠电池高性能正极材料；且铁基钠离子正、负极材料具有稳固的框架结构和良好的热稳定性，循环过程中结构稳定，并且原材料廉价易得，全铁基钠离子电池具备良好的商业化应用的潜力。
[0014]相对现有技术，本专利技术的技术方案带来的有益技术效果：1、本专利技术的方法将两种铁基钠离子电池正极、负极材料组合为全铁基钠离子全电池，并选取电解液进行匹配，提供了一种钠离子全电池的可行渠道。
[0015]2、本专利技术中，正、负极材料均为铁基材料，由于铁为自然界中的常见元素，铁基材料的廉价易得更加加大了本专利技术的成本优势，有工业化应用的潜力。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例1中制备得到的正极活性材料Na4Fe3(PO4)2P2O7的XRD图；图2为本专利技术实施例1中制备得到的负极活性材料Fe2O3的XRD图；图3为本专利技术实施例1中制备得到的铁基钠离子全电池的充放电曲线。
具体实施方式
[0017]下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整的
描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，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方式，都属于本专利技术保护的范围。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全铁基钠离子电池，包括正极材料、负极材料与电解液，其特征在于：所述正极材料与负极材料均为铁基材料；所述正极材料为铁基混合阴离子化合物焦磷酸磷酸铁钠；所述负极材料包括氧化铁、磷化铁、硫化亚铁中的一种或多种。2.如权利要求1所述的全铁基钠离子电池，其特征在于：所述电解液为高氯酸钠、六氟磷酸钠、双氟磺酰亚胺钠、双三氟甲基磺酸亚酰胺钠中的一种或多种。3.如权利要求1
‑
2任一所述的全铁基钠离子电池的制备方法，是制备铁基混合阴离子化合物正极材料焦磷酸磷酸铁钠，将该正极材料、导电剂Super P、粘结剂PVDF按质量比8:1:1混合，集流体为铝箔，组成正极；将负极活性材料、导电剂Super P、粘结剂PVDF按质量比8:1:1混合，集流体为铝箔，组成负极；将正负极与电解液、Celgard隔膜，在氧分压小于0.1ppm的氩气气氛中组装，得到正极材料与负极材料均为铁基材料的全铁基钠离子电池。4.如权利要求3所述的全铁基钠离子电池的制备方法，具体制备步骤如下：首先制备正极材料焦磷酸磷酸铁钠，以含水硝酸铁为铁源，以含水磷酸钠和无水乙酸钠为钠源、柠檬酸为碳源，除盐水和去离子水为溶剂，其中Na：Fe：P的摩尔比为1
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘世琦，杨娇娇，
申请(专利权)人：湖北万润新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：