从FePO4液相制备中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的方法和应用技术

本发明专利技术涉及从FePO4液相制备中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的方法，FePO4、碳源、钠源和磷源依次加入到去离子水中，室温下进行搅拌，得到悬浮液；对悬浮液进行砂磨；将砂磨后的悬浮液置于喷雾干燥器中进行二次造粒，得到黄绿色的前驱体粉末；对前驱体粉末进行分阶段烧结处理，即得到碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7。一种由上述方法所制得的碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7。一种上述碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7在钠离子电池正极材料中的应用。有益效果为：碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的电子电导高，有利于钠离子的传递和电解液的运输。液的运输。液的运输。

【技术实现步骤摘要】
从FePO4液相制备中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的方法和应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体涉及一种从FePO4液相制备中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着国家对新能源产业的扶持，绿色的二次电池逐渐进入到大家的视野。其中以锂离子电池为代表，大幅占据了电动汽车和便携式电子设备的市场份额。但是全球范围内锂资源分布不均，严重限制了锂离子电池的发展。开发资源丰富、分布广泛且充放电机理与锂离子电池类似的钠离子电池具有十分重要的战略意义。目前，商业化的钠离子电池正极材料以普鲁士蓝类似物为主，但是其制备过程中易吸水、循环性能差且热稳定性不好。最为常用的钠离子电池正极材料之一的聚阴离子型材料成本低廉、无资源限制、无毒、安全性较高，是批量化生产的良好选择。
[0003]聚阴离子型材料以焦磷酸磷酸铁钠(Na4Fe3(PO4)2P2O7)为代表，其不仅成本低、循环性能好(充放电过程中体积变化＜4％)、热稳定高、且不易受环境影响、理论容量高，但是其电子电导和离子电导率相对较低，需要通过纳米化或包覆来改善其性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种从FePO4液相制备中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的方法和应用，以克服上述现有技术中的不足。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种从FePO4液相制备中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的方法，包括如下步骤：
[0006]S100、FePO4、碳源、钠源和磷源依次加入到去离子水中，室温下进行搅拌，得到悬浮液；
[0007]S200、对悬浮液进行砂磨；
[0008]S300、将砂磨后的悬浮液置于喷雾干燥器中进行二次造粒，得到黄绿色的前驱体粉末；
[0009]S400、对前驱体粉末进行分阶段烧结处理，即得到碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7。
[0010]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0011]进一步，钠源包括：乙酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠和磷酸二氢钠中的一种或多种。
[0012]进一步，磷源包括：磷酸、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸钠和磷酸二氢铵中的一种或几种。
[0013]进一步，碳源包括：葡萄糖、蔗糖、聚丙烯腈、聚乙烯醇和柠檬酸中的一种或几种。
[0014]进一步，砂磨参数为：转速1000rpm～1500rpm，时间1h～24h。
[0015]进一步，喷雾干燥器喷雾干燥悬浮液的固含为3wt％～40wt％，进料速率为20mL/h
～1500mL/h，进风口温度为105℃～280℃，出风口温度为60℃～240℃。
[0016]进一步，分阶段烧结处理采用两阶段式升温，首先从室温升至200℃～300℃，保温1h～10h，然后直接升温至450℃～550℃，保温3h～20h。
[0017]本专利技术的有益效果为：
[0018]1)砂磨联合喷雾干燥的技术可以实现对Na4Fe3(PO4)2P2O7本征性能的改善，通过调控悬浮液的固含以及喷雾干燥参数可以使纳米级的FePO4一次颗粒组装成具有中空结构的微米球体，这种碳包覆的球形结构微米球不仅可以提升碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的电子电导，更有利于钠离子的传递和电解液的运输；
[0019]2)碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7比表面积较大，有利于内部离子和电子的传导，且可进一步提升材料的循环稳定性；
[0020]3)整个工艺过程绿色、简单、易调控、可实现批量化制备，为碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的产业化制备提供了技术支持。
[0021]基于上述技术方案，本专利技术还提供一种如上述所述方法所制得的碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7。
[0022]采用上述进一步的有益效果为：所制得的碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7在0.1C下的充放电曲线，比容量可达到101mAhg
‑1，在1C下150圈循环后容量保持率接近100％。
[0023]基于上述技术方案，本专利技术还提供一种如上述所述方法所制得的碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7或如上述所述碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7在钠离子电池正极材料中的应用。
[0024]采用上述进一步的有益效果为：将所制得的碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7作为钠离子电池正极材料展现出优异的比容量和循环性能，为钠离子电池聚阴离子型正极材料的产业化制备提供技术支持。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1中制得的碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的SEM图像；
[0026]图2为本专利技术实施例2中制得的碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的SEM图像；
[0027]图3为本专利技术实施例2中制得的碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的XRD图；
[0028]图4为本专利技术实施例3中制得的碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的XRD图；
[0029]图5为本专利技术实施例2中制得的碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的充放电曲线；
[0030]图6为本专利技术实施例2中制得的碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7在1C电流密度下的循环曲线。
具体实施方式
[0031]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0032]实施例1
[0033]一种从FePO4液相制备中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的方法，包括如下步骤：
[0034]以FePO4作为铁源和磷源，磷酸二氢铵作为补充磷源，三水合乙酸钠作为钠源，葡萄糖作为碳源；
[0035]将14.709g三水合乙酸钠，12.3115g FePO4，3.6757g磷酸二氢铵以及21.014g葡萄糖加入到600mL去离子水中，室温下磁力搅拌16h，得到悬浮液；
[0036]随后将悬浮液转移到砂磨机中进行砂磨，转速为1200rpm，时间3h；
[0037]将砂磨后的悬浮液转移到喷雾干燥机中进行喷雾干燥，进风温度为140℃，出风温度90℃，进料速率为600mL/h，得到黄绿色的粉末前驱体；
[0038]在惰性气体保护的气氛下对前驱体进行烧结处理，第一阶段温度为300℃，保温3h，第二阶段温度为500℃，保温10h，随炉冷却后即得到碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7。
[0039]图1为实施例1所制得的碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的SEM图像，从图中可以看出材料呈现为中空球形，表面粗糙，偶有裂隙存在。
[0040]实施例2
[0041]一种从FePO4液相制备中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从FePO4液相制备中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的方法，其特征在于，包括如下步骤：S100、FePO4、碳源、钠源和磷源依次加入到去离子水中，室温下进行搅拌，得到悬浮液；S200、对悬浮液进行砂磨；S300、将砂磨后的悬浮液置于喷雾干燥器中进行二次造粒，得到黄绿色的前驱体粉末；S400、对前驱体粉末进行分阶段烧结处理，即得到碳包覆的中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7。2.根据权利要求1所述的一种从FePO4液相制备中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的方法，其特征在于，所述钠源包括：乙酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠和磷酸二氢钠中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的一种从FePO4液相制备中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的方法，其特征在于，所述磷源包括：磷酸、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸钠和磷酸二氢铵中的一种或几种。4.根据权利要求1或2或3所述的一种从FePO4液相制备中空球形Na4Fe3(PO4)2P2O7的方法，其特征在于，所述碳源包括：葡萄糖、蔗糖、聚丙烯腈、聚乙烯醇和柠檬酸中的一种或几种。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩建涛，曹美莲，徐月，方淳，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：