一种制备钠离子电池铁基焦磷酸钠正极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备钠离子电池铁基焦磷酸钠正极材料的方法，包括如下步骤：先将铁源、磷源、钠源、还原性有机化合物和水混合，制得Fe元素的浓度为0.1

【技术实现步骤摘要】
一种制备钠离子电池铁基焦磷酸钠正极材料的方法


[0001]本专利技术属于钠离子电池正极材料制备领域，尤其涉及一种制备钠离子电池铁基焦磷酸钠正极材料的方法。

技术介绍

[0002]钠离子电池作为锂离子电池在储能和低速动力电池领域的潜在替代者，在成本和安全性方面更具优势。正极材料是钠离子电池的核心材料之一，根本上决定了钠离子电池的能量密度、安全性、循环保持率等电化学性能。
[0003]铁基聚阴离子正极材料理论上成本更低，可以进一步发挥钠离子电池的成本优势。橄榄石型磷酸铁钠与磷酸铁锂有类似地结构，可以作为钠离子电池的正极，但无法通过化学方法直接合成，需要对磷酸铁锂进行离子交换才能得到，过程复杂，且性能不理想。
[0004]磷酸铁钠的合成方式主要包括固相合成法及溶胶
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凝胶法。其中，采用溶胶凝胶法制备磷酸铁钠时需要加入硝酸铁等危险品，不适合工业规模化生产，例如申请号为2021113343283的现有技术中所公开的制备方法。而采用固相合成法合成的磷酸铁钠不具有电化学活性，但在结构中混杂焦磷酸根的复合材料却能够发挥出较好的电化学性能，例如申请号为2021102070742的现有技术中所公开的制备方法，但该方法为实现形成规则的、掺杂有焦磷酸根的正极材料，需要同时对浆料实现联合砂磨和喷雾干燥，将导致工业化生产工艺复杂，且烧结温度往往需要达到600℃以上才能获得形貌规则的正极材料，而该烧结温度下将使得焦磷酸根又转化成磷酸根，使得正极材料不具备电化学活性，或者电化学活性极差。
[0005]为此，现亟需一种生产工艺简单，且能够在低烧结温度下即可获得形貌规则，均相的铁基焦磷酸钠正极材料。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单，且能够实现低温烧结温度下即可获得形貌规则、比容量高的钠离子电池铁基焦磷酸钠正极材料。
[0007]技术方案：本专利技术制备钠离子电池铁基焦磷酸钠正极材料的方法，包括如下步骤：
[0008](1)配制浆液：将铁源、磷源、钠源、还原性有机化合物和水混合，制得Fe元素的浓度为0.1
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0.8mol/L的浆液，所述还原性有机化合物物质的量为浆液中Fe元素的0.5
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1.5倍；
[0009](2)预热处理：将上述制备的浆液于40
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95℃条件下，保温反应4
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15h，制得浆料；
[0010](3)干燥：将上述预热处理后的浆料经干燥形成前驱体；
[0011](4)烧结：将前驱体置于保护气氛中、350
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500℃条件下，烧结8
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15h，制得该铁基焦磷酸盐正极材料。
[0012]本专利技术基于现有固相合成的基础上，在加入物质的量为浆液中Fe元素的0.5
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1.5倍的还原性有机化物与铁源、磷源、钠源混合后，结合预处理工艺，进而能够预热过程中促进还原性有机化合物使得铁转变为二价。
[0013]此外，本专利技术通过在干燥处理前先进行预热处理，并预热处理后无需再磨砂处理，摒弃了现有的须同时砂磨结合喷雾干燥的复杂工艺，采用预热处理结合干燥工艺、无需磨砂处理，即可获得粒径均匀且比容量高的正极材料；且在实际工业化生产中，省略了现有的磨砂工艺，降低了生产的复杂性和成本。同时，采用先预热处理的工艺，能够使得在烧结时采用较低的烧结温度即可获得形貌规则、比容量高的正极材料，在降低能耗的同时从根本上减少了高温烧结下磷酸根生成的风险。
[0014]进一步说，该制备方法的步骤(1)中，所述浆液中Fe和P的物质量比为(0.6
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0.8):1，浆液Na和P的物质的量比为(0.95
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1.05):1。
[0015]进一步说，该制备方法的步骤(1)中，所述铁源至少包括磷酸铁、草酸铁或氧化铁中的一种。
[0016]进一步说，该制备方法的步骤(1)中，所述磷源至少包括磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸三钠、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵或磷酸三铵中的一种。
[0017]进一步说，该制备方法的步骤(1)中，所述钠源至少包括碳酸钠、柠檬酸三钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、草酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠或磷酸三钠中的一种。
[0018]进一步说，该制备方法的步骤(1)中，所述还原性有机化合物至少包括柠檬酸、草酸、抗坏血酸、柠檬酸钠、草酸钠或抗坏血酸钠中的一种。
[0019]进一步说，该制备方法的所述步骤(3)干燥前，向浆液中加入补充碳源，补充碳源中C元素占最终正极材料的质量比例为0.002
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0.02。
[0020]进一步说，该制备方法中补充的碳源至少包括葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇、石墨烯、碳纳米管或乙炔黑中的一种。
[0021]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：该钠离子电池铁基焦磷酸钠正极材料的制备方法，通过采用预热处理
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干燥
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低烧结温度的制备工艺，能够摒弃现有的需要结合砂磨
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喷雾干燥
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高烧结温度的制备工艺，获得粒径均匀球形粉体的正极材料的同时，有效避免了该正极材料中焦磷酸根在高温烧结温度下向磷酸根的转变，提高了正极材料的电化学性能，且制备工艺简化，更便于工业化的大规模生产。
附图说明
[0022]图1为实施例1制备的正极材料的SEM图像；
[0023]图2为实施例2制备的正极材料的SEM图像；
[0024]图3为实施例3制备的正极材料的SEM图像。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。
[0026]需说明的是，本专利技术所采用的原料均可购自市售。
[0027]实施例1
[0028]该实施例制备钠离子电池铁基焦磷酸钠正极材料的方法，包括如下步骤：
[0029](1)配制浆液：取2.21mol磷酸二氢钠、3.32mol碳酸钠和6.00mol柠檬酸溶于17L纯净水中，加入6.63mol磷酸铁，搅拌均匀形成浆液；
[0030](2)预热处理：将浆液加热至50℃，保温6h；
[0031](3)干燥：将预处理后的浆液经过喷雾干燥形成前驱体粉末；
[0032](4)烧结：取500g前驱体粉末放入气氛炉，在氮气条件下经过450℃煅烧15h，制得正极材料。
[0033]实施例2
[0034]该实施例制备钠离子电池铁基焦磷酸钠正极材料的方法，包括如下步骤：
[0035](1)配制浆液：取2.21mol磷酸二氢钠、2.21mol柠檬酸三钠和4.00mol柠檬酸溶于15L纯净水中，加入6.67mol磷酸铁，搅拌均匀形成浆液；
[0036](2)预热处理：将浆液加热至90℃，保温8h；
[0037](3)干燥：将预处理后的浆液经过真空干燥形成前驱体粉末；
[0038](4)烧结：取500g前驱体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备钠离子电池铁基焦磷酸钠正极材料的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)配制浆液：将铁源、磷源、钠源、还原性有机化合物和水混合，制得Fe元素的浓度为0.1
‑
0.8mol/L的浆液，所述还原性有机化合物物质的量为浆液中Fe元素的0.5
‑
1.5倍；(2)预热处理：将上述制备的浆液于40
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95℃条件下，保温反应4
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15h，制得浆料；(3)干燥：将上述预热处理后的浆料经干燥形成前驱体；(4)烧结：将前驱体置于惰性气氛、400
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500℃条件下，烧结8
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15h，制得该铁基焦磷酸盐正极材料。2.根据权利要求1所述制备钠离子电池铁基焦磷酸钠正极材料的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述浆液中Fe和P的物质的量比为(0.6
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0.8):1，浆液Na和P的物质的量比为(0.95
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1.05):1。3.根据权利要求1所述制备钠离子电池铁基焦磷酸钠正极材料的方法，其特征在于：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丽媛，沈锐，孔祥丽，
申请(专利权)人：贝特瑞天津纳米材料制造有限公司，
类型：发明
国别省市：