富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料及制备方法和应用，具体涉及钠离子电池技术领域。所述复合材料的分子式为Na

【技术实现步骤摘要】
富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，尤其是涉及一种富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着全球环境问题的不断恶化和能源危机的加剧，人们迫切的需要清洁、可再生能源。近年来，市场需求不断推动着储能领域朝着电化学储能方向发展。与传统的锂离子电池正极材料如钴酸锂、锰酸锂、三元材料等相比，钠离子电池正极材料焦磷酸磷酸铁钠(Na4Fe3(PO4)2P2O7，记为NFPP)具有储量丰富、分布广泛、价格低廉、结构稳定等优点。这一特点正好契合大规模储能装置特性，因此，钠离子电池被认为是大规模储能系统的潜在候选者之一。
[0003]对焦磷酸磷酸铁钠NFPP来说，其具有较高的理论容量(～129mAh/g)，较高的工作电压(～3.1V，Na+/Na)以及较低的体积膨胀(～4％)，被认为是最具潜力的钠离子电池正极材料。但是现有的NFPP材料应用于钠离子电池时，放电比容量较低且循环稳定性较差。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料，旨在解决现有技术中钠离子电池钠离子电池中正极材料引起的放电比容量较低且循环稳定性较差的技术问题。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料的制备方法。
[0007]本专利技术的目的之三在于提供一种富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料在钠离子正极中的应用。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术特采用如下技术方案：
[0009]本专利技术的第一方面提供了一种富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料，所述复合材料的分子式为Na
x
Fe
3.0
(PO4)2P2O7F
y
/C；
[0010]其中，4＜x≤4.1，0＜y≤0.1。
[0011]进一步地，所述复合材料的粒径为50nm
‑
10μm，优选为3μm
‑
5μm。
[0012]本专利技术的第二方面提供了所述的富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]A、在去离子水中分别加入磷酸盐、铁盐、钠盐、氟化物和碳源搅拌均匀得到混合溶液，将所述混合溶液干燥得到混合前驱体；
[0014]B、将所述混合前驱体在惰性还原气氛下热处理后得到所述富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料。
[0015]进一步地，所述磷酸盐包括磷酸二氢钠、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的至少一种，
优选为磷酸二氢钠和磷酸氢二铵复配。
[0016]所述铁盐包括醋酸亚铁、硝酸铁、草酸亚铁和硫酸亚铁中的至少一种，优选为硝酸铁和醋酸亚铁。
[0017]所述钠盐包括磷酸二氢钠、碳酸钠、碳酸氢钠、乙酸钠、草酸钠和柠檬酸钠中的至少一种，优选为磷酸二氢钠和柠檬酸钠。
[0018]所述氟化物包括氟化钠和/或氟化铵。
[0019]所述碳源包括淀粉、柠檬酸、蔗糖和葡萄糖中的至少一种，优选为柠檬酸。
[0020]进一步地，磷酸盐、铁盐、钠盐和氟化物的摩尔比为2：2.9
‑
3：4
‑
4.1：0
‑
0.1；
[0021]其中，所述氟化物的加入量不为0。
[0022]进一步地，磷酸盐、铁盐、钠盐和氟化物的摩尔比为2：2.99：4.01：0.01。
[0023]进一步地，所述热处理包括先预烧后高温煅烧；
[0024]所述预烧按照升温速率1℃/min
‑
5℃/min升温至250℃
‑
350℃后保温3h
‑
10h。
[0025]优选地，所述预烧按照升温速率2℃/min升温至300℃后保温6h。
[0026]所述高温煅烧按照升温速率1℃/min
‑
5℃/min升温至450℃
‑
550℃后保温5h
‑
15h。
[0027]优选地，所述高温煅烧按照升温速率2℃/min升温至500℃后保温10h。
[0028]进一步地，所述惰性还原气体包括氮气、氩气和氢气中的至少一种，优选为氩气和氢气的混合气。
[0029]进一步地，氩气和氢气的混合气中，氢气的体积占比为5％。
[0030]进一步地，所述碳源的占比为1wt.％
‑
10wt.％；优选为5wt.％。
[0031]其中，所述碳源的占比为碳源占所述富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料的比重。
[0032]进一步地，步骤A中，所述干燥的方式包括喷雾干燥或冷冻干燥。
[0033]本专利技术的第三方面提供了所述的富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料在钠离子电池正极中的应用。
[0034]优选地，所述钠离子电池正极由所述富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料、乙炔黑和粘结剂经溶剂溶解制成浆料，涂布于铝箔后烘干得到所述正极。
[0035]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
[0036]本专利技术提供的富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料，通过引入过量的钠，提高了材料的放电比容量；同时，阴离子氟的掺杂维持了材料的电荷守恒，降低了钠离子在充放电过程中的迁移能垒，提升体系的动力学性能，从而提高材料的循环稳定性。将其应用于钠离子电池时，钠离子电池的首圈库伦效率可达96.3％，循环500圈后的容量保持率可达92.0％，性能得到了明显的改善和提升。
[0037]本专利技术提供的富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料的制备方法，工艺连续，操作简单，机械化程度高，适合大规模工业化应用。
[0038]本专利技术提供的应用为钠离子电池提供了放电比容量高且循环稳定性更好的正极材料，促进了钠离子电池向着高能量密度和小体积发展，推动了下游产业链的高速发展。
附图说明
[0039]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体
实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]图1为测试例1得到的扫描电镜图片；
[0041]图2为测试例2得到的XRD图谱。
具体实施方式
[0042]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，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，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0043]本专利技术的第一方面提供了一种富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料，所述复合材料的分子式为Na
x
Fe
3.0<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料，其特征在于，所述复合材料的分子式为Na
x
Fe
3.0
(PO4)2P2O7F
y
/C；其中，4＜x≤4.1，0＜y≤0.1。2.根据权利要求1所述的富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料，其特征在于，所述复合材料的粒径为50nm
‑
10μm。3.根据权利要求1或2所述的富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、在去离子水中分别加入磷酸盐、铁盐、钠盐、氟化物和碳源搅拌均匀得到混合溶液，将所述混合溶液干燥得到混合前驱体；B、将所述混合前驱体在惰性还原气氛下热处理后得到所述富钠型氟掺杂焦磷酸磷酸铁钠复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸盐包括磷酸二氢钠、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的至少一种；所述铁盐包括醋酸亚铁、硝酸铁、草酸亚铁和硫酸亚铁中的至少一种；所述钠盐包括磷酸二氢钠、碳酸钠、碳酸氢钠、乙酸钠、草酸钠和柠檬酸钠中的至少一种；所述氟化物包括氟化钠和/或氟化铵；所述碳源包括淀粉、柠檬酸、蔗糖和葡萄糖中的至少一种。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，磷酸盐、铁盐、钠盐和氟化物的摩尔比为2：2.9
‑
3：4
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：王广进，彭俊棋，徐绍霞，李喜飞，席玉坤，李默恒，杨子皓，侯宁静，刘东，黄星，
申请(专利权)人：四川易纳能新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：