钠离子电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种钠离子电池正极材料的制备方法，包括步骤：S1、将磷源、钠源、亚铁源、碳源以及pH调节剂混合均匀形成混合液，所述混合液pH值＜3；S2、将具有橄榄石结构的晶种按所述混合液质量的0.01％

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池正极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于新能源电池正极材料
，具体涉及一种钠离子电池正极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着碳减排的提出和能源结构的调整，全球对电能存储的需求逐年增加。目前所使用的储能方式主要有抽水蓄能、飞轮储能、电化学储能等。抽水蓄能受地理环境影响较大，且转换效率低；飞轮储能能力密度低，转换效率低；电化学储能的能量密度高、转换效率高、不受地理环境影响等优势，正逐渐成为最具潜力的储能方式。
[0003]目前常用的化学储能方式之一是锂离子电池，其代表为磷酸铁锂。磷酸铁锂具有有序规整的橄榄石型结构，其中的锂离子具有一维可移动性，充放电过程中可以可逆的脱出和嵌入。橄榄石结构可以类比为在大平层中额外增加结构支撑，从而把锂离子放置于一个个独立的单间中。由于每个单间周围都有充分的支撑，保证了电池在使用中不易发生楼层坍塌现象，大大提升了电池安全性。
[0004]但由于锂资源储量少、丰度低，使锂离子电池成本居高不下，其产量也无法满足巨大的储能需求。钠资源储量丰富、原材料成本低，因此开发钠离子电池将满足逐渐扩大的储能需要并助力碳减排目标的实现。
[0005]钠资源的优势，使钠离子电池取代锂离子电池的可能性的研究备受关注。磷酸铁钠(NaFePO4)作为钠离子电池正极材料的设想已被提出，但橄榄石型结构的NaFePO4不易通过传统的高温固相烧结法、溶胶凝胶法等制得，目前常用的合成NaFePO4的方法主要为溶液离子交换法、高温熔盐离子交换法等。溶液离子交换法所得产品纯度高、晶型不变化，但是涉及到电池的制备、拆解，工艺复杂、生产成本高。高温熔盐离子交换法工艺简单，但是存在离子交换不完全，所得正极材料中存在杂质相，影响材料性能。
[0006]因此，橄榄石型结构NaFePO4可应用于工业化的合成路线仍未明确，仍是业界研究的热点。

技术实现思路

[0007]为此，本专利技术提供一种工艺简单，易于规模化的钠离子电池正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：S1、将磷源、钠源、亚铁源以及pH调节剂混合均匀形成混合液，所述混合液pH值＜3；S2、将具有橄榄石结构的晶种按所述混合液质量的0.01％
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1％加入到所述混合液中充分反应，将溶剂蒸发后获得晶体，将所述晶体在300
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800℃下煅烧8
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24h便可获得钠离子电池正极材料磷酸铁钠。
[0008]优选地，所述步骤S1中，所述磷源为磷酸、磷酸铵盐、磷酸钠盐中的一种或多种；所述钠源为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠中的一种或多种；所述亚铁源为草酸亚铁、醋酸亚铁、柠檬酸亚铁、乳酸亚铁中的一种或多种；所述碳源为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、草酸中的一种或多种。
[0009]优选地，所述步骤S1中，首先将所述磷源加入到纯水中搅拌稀释，再加入所述钠源混合均匀，反应充分后，将所述亚铁源加入充分溶解，最后加入所述pH调节剂调节pH值。
[0010]优选地，所述磷源与所述纯水的质量比为1:(4
‑
18)。
[0011]优选地，所述步骤S1中，所述磷源、所述钠源、所述亚铁源中磷元素：钠元素：铁元素的物质的量的比为1：(1～1.2)：(1.0～1.1)。
[0012]优选地，所述步骤S1中，所述混合液pH值为0.5～2.5。
[0013]优选地，所述步骤S1中，形成所述混合液在惰性气体保护下进行，所述惰性气体为氮气、氩气或二者的组合。
[0014]优选地，所述步骤S2中，所述晶种为具有橄榄石结构的磷酸铁锂、磷酸铁钠、磷酸铁、磷酸锰铁锂中的一种或多种。
[0015]优选地，所述步骤S2中，所述晶种的一次粒径为50
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200nm，二次粒径为500
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2000nm。
[0016]优选地，所述步骤S2中，所述蒸发时的温度控制在70
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100℃，蒸发时间为1
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4h。
[0017]本专利技术采用晶种诱导工艺能直接制备橄榄石结构的钠离子正极材料磷酸铁钠，工艺简单，成本低，易于规模化生产。
附图说明
[0018]图1是实施例1制备的磷酸铁钠的扫描电子显微镜图。
[0019]图2是实施例1制备的磷酸铁钠的X射线衍射图谱。
具体实施方式
[0020]下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0021]本专利技术提供的钠离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤S1、将磷源、钠源、亚铁源以及pH调节剂混合均匀形成混合液，所述混合液pH值＜3。步骤S2、将具有橄榄石结构的晶种按所述混合液质量的0.01％
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1％加入到所述混合液中充分反应，将溶剂蒸发后获得晶体，将所述晶体在300
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800℃下煅烧8
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24h便可获得钠离子电池正极材料磷酸铁钠。
[0022]步骤S1中，所述磷源为磷酸、磷酸铵盐、磷酸钠盐中的一种或多种；所述钠源为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠中的一种或多种；所述亚铁源为有机亚铁盐，例如草酸亚铁、醋酸亚铁、柠檬酸亚铁、乳酸亚铁中的一种或多种；所述碳源为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、草酸中的一种或多种。优选地，磷源选用磷酸，钠源选用碳酸钠，亚铁源选用草酸亚铁，碳源选用蔗糖，这些原料便宜易得，有利于降低成本。
[0023]pH调节剂可根据实际情况选用碱性或酸性物质，碱性物质例如氢氧化钠、氨水、氢氧化钾等；酸性物质例如硫酸、盐酸、硝酸、乙酸等。
[0024]制备混合液的过程中，首先将所述磷源加入到纯水中搅拌稀释，再加入所述钠源混合均匀，反应充分后，将所述亚铁源加入充分溶解，最后加入所述pH调节剂调节pH值。亚铁源后加入，可以防止磷源与其优先反应，而不是与钠源。
[0025]其中，pH＜3，磷酸亚铁呈离子状态，pH＞3就结晶，会影响后续加晶种诱导结晶。因此，需要使pH处于小于3的状态，来防止磷酸亚铁提前结晶，较佳是使pH值为0.5～2.5。
[0026]进一步地，步骤S1中，所述磷源、所述钠源、所述亚铁源中磷元素：钠元素：铁元素的物质的量的比为1：(1～1.2)：(1.0～1.1)。所述磷源与所述纯水的质量比为1:(4
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18)。
[0027]形成所述混合液在惰性气体保护下进行，以防止亚铁离子发生副反应。所述惰性气体为氮气、氩气或二者的组合。
[0028]步骤S2中，所述晶种为具有橄榄石结构的磷酸铁锂、磷酸铁钠、磷酸铁、磷酸锰铁锂中的一种或多种。较佳地，选用橄榄石结构的磷酸铁钠作为晶种。所述晶种的一次粒径为50
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200nm，二次粒径为500
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2000nm。所述蒸发时的温度控制在70
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100℃，蒸发时间为1
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4h。变更实施方式中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将磷源、钠源、亚铁源以及pH调节剂混合均匀形成混合液，所述混合液pH值＜3；S2、将具有橄榄石结构的晶种按所述混合液质量的0.01％
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1％加入到所述混合液中充分反应，将溶剂蒸发后获得晶体，将所述晶体在300
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800℃下煅烧8
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24h便可获得钠离子电池正极材料磷酸铁钠。2.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述磷源为磷酸、磷酸铵盐、磷酸钠盐中的一种或多种；所述钠源为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠中的一种或多种；所述亚铁源为草酸亚铁、醋酸亚铁、柠檬酸亚铁、乳酸亚铁中的一种或多种；所述碳源为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、草酸中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，首先将所述磷源加入到纯水中搅拌稀释，再加入所述钠源混合均匀，反应充分后，将所述亚铁源加入充分溶解，最后加入所述pH调节剂调节pH值。4.根据权利要求3所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述磷源与所述纯水的质量比为1:(4
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【专利技术属性】
技术研发人员：范浩，岳海峰，王曼，张岩岩，王杰，郭欢，
申请(专利权)人：锂源深圳科学研究有限公司，
类型：发明
国别省市：