一种中熵聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中熵聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料及其制备方法，通过将中熵概念应用到聚阴离子型磷酸盐体系，并通过多过渡金属调控获得高性能聚阴离子型磷酸盐正极。其制备方法包括以下步骤：S1、将过渡金属、钠源、磷源、络合剂按照一定比例进行混合（符合构型熵值小于1.5R）；S2、在上述混合物中加入一定体积的水（投料：水的摩尔比为1:2

【技术实现步骤摘要】
一种中熵聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体为一种中熵聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前多过渡金属聚阴离子型磷酸盐研究较少，大多数聚阴离子型磷酸盐正极材料局限于单过渡金属、双过渡金属和极少量的三过渡金属，而对多过渡金属的研究少之又少。而在聚阴离子型磷酸盐体系中，过渡金属的存在往往决定了材料的氧化还原电位和电子转移数，最终决定了能量密度。三元以下的过渡金属体系决定了聚阴离子型磷酸盐的电子转移数，限制了材料的放电比容量和能量密度。
[0003]因此，为了获得具有更高能量密度的聚阴离子型磷酸盐体系，我们通过构型熵的调控，实现更多的电子转移和更高的放电比容量。此外，通过合理的选用过渡金属，可以实现对放电工作电压的调控，进而获得高比能的聚阴离子型磷酸盐正极材料。此外，三元以内的聚阴离子型磷酸盐正极材料会限制材料的种类和性质，中熵型磷酸盐可以通过多过渡金属的组合，调控得到不同性质的聚阴离子型磷酸盐正极材料，应用的范围更广。例如，可以通过中熵型过渡金属种类的调控，可以获得高功率密度、高能量密度、长循环寿命、宽温区工作范围，这些远不是上述三元以内聚阴离子型磷酸盐可比拟的优势。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术采用中熵概念应用到聚阴离子型磷酸盐体系，并通过过渡金属调控获得高性能聚阴离子型磷酸盐正极。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种中熵聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料 ，将中熵概念应用到聚阴离子型磷酸盐体系，并通过多过渡金属调控获得高性能聚阴离子型磷酸盐正极，对应的分子式为：（NaxM(PO4)3，3≤x≤5，(4≤M≤10，M=Fe,V,Cr,Mn,Ti,Al,Sc,Mg,Nb,Mo）一种中熵聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：S1、将过渡金属、钠源、磷源、络合剂按照一定比例进行混合（符合构型熵值小于1.5R）；S2、在上述混合物中加入一定体积的水（投料：水的摩尔比为1:2
‑
1:10之间），得到均匀混合的液体；S3、将上述液体进行进一步烘干处理、材料的粉化处理，最终在快速炉或是传统管式炉惰性气体下进行烧结处理，得到最终的样品。
[0006]优选的，所述S1中过渡金属包括铁源、钒源、铬源和钛源的一种或两种以上；所述铁源包括硫酸亚铁和硝酸铁中的至少一种；所述钒源包括五氧化二钒、硫酸氧钒、三氯化钒、乙酰丙酮氧钒和乙酰丙酮钒的至
少一种；所述铬源包括硝酸铬；所述钛源包括三氯化钛、有机钛和钛酸四乙酯的至少一种。
[0007]优选的，所述S1中钠源包括：草酸钠、硝酸钠、硫酸钠、柠檬酸钠、氯化钠、碳酸钠和磷酸钠中至少一种。
[0008]优选的，所述S1中磷源包括：磷酸二氢铵，磷酸氢二铵、磷酸钠、磷酸和磷酸氢二钠中至少一种。
[0009]优选的，所述S1中络合剂包括：柠檬酸、草酸、酒石酸、EDTA.EDTA
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2Na中至少一种。
[0010]优选的，所述S1混料过程中，搅拌方式包括磁力搅拌和机械搅拌，温度在50
‑
90℃，搅拌时间在0.5h
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1.5h之间。
[0011]优选的，所述S3中对混合液体干燥的方式包括喷雾干燥和鼓风干燥，干燥温度100
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180℃，干燥时间12
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24h。
[0012]优选的，所述S3中烧结处理方式包括：使用快速反应炉在惰性气体条件下进行烧结，烧结的温度为750
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1000℃，时间为10
‑
60s；管式炉烧结，烧结过程为两段式烧结，先进行预烧350
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500℃，时间为4
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6h，二次烧结温度为500
‑
700℃，烧结时间为6
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12h，在惰性气体条件下。升温速率为2
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5℃/min。
[0013]优选的，所述烧结处理所用惰性气体为氩气、氮气、氩氢混合气体和氮氢混合气体中的一种。
[0014]与现有技术相比，本专利技术提供了一种中熵聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料及其制备方法 ，具备以下有益效果：本专利技术将中熵概念引入到聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料体系，通过构型熵的调控和过渡金属的调控可以获得不同应用领域的钠离子电池正极材料，通过对构型熵的调控，可以精准的调控聚阴离子型钠离子电池正极材料的工作电压，并丰富了聚阴离子型磷酸盐正极材料的种类，相对于传统的磷酸盐制备采用长时间煅烧过程，本专利技术采用快速烧结过程，仅仅需要10
‑
60S煅烧，即可获得我们所需聚阴离子型磷酸盐正极材料。进一步提升了工作效率和减少生产成本，更适合大规模的生产应用。
附图说明
[0015]图1为本专利技术中熵正极的XRD图；图2为本专利技术中熵正极的扫描图；图3为本专利技术中熵正极的充放电曲线图一；图4为本专利技术中熵正极的充放电曲线图二；图5为本专利技术中熵正极的倍率图一；图6为本专利技术中熵正极的倍率图二；图7为本专利技术中熵正极的循环图。
实施方式
[0016]为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，下面将结合具体实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本专利技术保护的范围。
[0017]参考图1
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7，本专利技术：一种中熵聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料，将中熵概念应用到聚阴离子型磷酸盐体系，并通过多过渡金属调控获得高性能聚阴离子型磷酸盐正极，对应的分子式为：（NaxM(PO4)3，3≤x≤5，(4≤M≤10，M=Fe,V,Cr,Mn,Ti,Al,Sc,Mg,Nb,Mo）具体来说，本专利技术涉及一种中熵聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：S1、将过渡金属、钠源、磷源、络合剂按照一定比例进行混合（符合构型熵值小于1.5R）；S2、在上述混合物中加入一定体积的水（投料：水的摩尔比为1:2
‑
1:10之间），得到均匀混合的液体；S3、将上述液体进行进一步烘干处理、材料的粉化处理，最终在快速炉或是传统管式炉惰性气体下进行烧结处理，得到最终的样品。
[0018]其中，S1中过渡金属包括铁源、钒源、铬源和钛源的一种或两种以上；更加具体来说，其铁源包括硫酸亚铁和硝酸铁中的至少一种；钒源包括五氧化二钒、硫酸氧钒、三氯化钒、乙酰丙酮氧钒和乙酰丙酮钒的至少一种；铬源包括硝酸铬；钛源包括三氯化钛、有机钛和钛酸四乙酯的至少一种。
[0019]进一步的，S1中钠源包括：草酸钠、硝酸钠、硫酸钠、柠檬酸钠、氯化钠、碳酸钠和磷酸钠中至少一种；磷源包括：磷酸二氢铵，磷酸氢二铵、磷酸钠、磷酸和磷酸氢二钠中至少一种；络合剂包括：柠本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中熵聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料,将中熵概念应用到聚阴离子型磷酸盐体系，并通过多过渡金属调控获得高性能聚阴离子型磷酸盐正极，其特征在于，对应的分子式为：（NaxM(PO4)3，3≤x≤5，(4≤M≤10，M=Fe,V,Cr,Mn,Ti,Al,Sc,Mg,Nb,Mo）。2.根据权利要求1所述的一种中熵聚阴离子型磷酸盐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、将过渡金属、钠源、磷源、络合剂按照一定比例进行混合（符合构型熵值小于1.5R）；S2、在上述混合物中加入一定体积的水（投料：水的摩尔比为1:2
‑
1:10之间），得到均匀混合的液体；S3、将上述液体进行进一步烘干处理、材料的粉化处理，最终在快速炉或是传统管式炉惰性气体下进行烧结处理，得到最终的样品。3.根据权利要求2所述的一种中熵聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述S1中过渡金属包括铁源、钒源、铬源和钛源的一种或两种以上；所述铁源包括硫酸亚铁和硝酸铁中的至少一种；所述钒源包括五氧化二钒、硫酸氧钒、三氯化钒、乙酰丙酮氧钒和乙酰丙酮钒的至少一种；所述铬源包括硝酸铬；所述钛源包括三氯化钛、有机钛和钛酸四乙酯的至少一种；根据权利要求2所述的一种中熵聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述S1中钠源包括：草酸钠、硝酸钠、硫酸钠、柠檬酸钠、氯化钠、碳酸钠和磷酸钠中至少一种。4.根据权利要求2所述的一种中熵聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述S1中磷源包括：磷酸二氢铵，磷酸氢二铵、磷酸钠、磷酸和磷酸氢二钠中至少一种。5.根据权利要求2所述的一种中熵聚阴...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴兴隆，吕红艳，谷振一，郭晋芝，曹骏鸣，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：