一种亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料及其制备方法，钠离子电池技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，尤其涉及一种亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]随着地球传统能源的日渐枯竭，使得储能市场迅速增长，其中电化学储能因其可持续化的特点受到广泛关注，正逐步成为能源转型中的重要组成部分
。
其中，锂离子电池生产工艺已相当成熟，产能扩充旺盛，被广泛应用于新能源领域
。
然而，锂离子电池目前存在的高温安全问题和原料成本问题限制了其进一步的发展
。
而钠作为和锂同族的金属元素，其物化性质相近，但原料更加丰富，价格优势明显，被视为是非常有潜力的下一代电池材料
。
此外，钠离子电池更加稳定，不易发生剧烈反应，相对于锂离子电池更加安全可靠
。
[0003]正极材料是电池中最关键的组成部分之一，也是影响电池能量密度
、
循环性能
、
倍率性能等参数的重要因素
。
现有的钠离子电池正极材料主要有三种：层状氧化物
、
普鲁士蓝类化合物
、
聚阴离子化合物
。
其中聚阴离子型正极材料表现出更好的循环性能和更低的制造成本，被认为是更适用于大规模储能项目的技术路线
。
在聚阴离子化合物中具有电负性大的阴离子基团，通过诱导效应获得电化学反应电位，因此具有循环寿命高
、
电压平台高
、
热稳定性好等优点
。
然而，钠离子具有较大的离子半径，加之电子在过渡金属离子间的传递被聚阴离子基团所阻碍，因此聚阴离子型正极材料的电子电导率普遍较低，从而导致其实际放电容量与理论容量有较大差距，这严重阻碍了它的商业化进程
。
因此，优化聚阴离子型正极材料的制备工艺，同时提高其电导率，是当前研究的重要方向
。
[0004]专利
CN 115312781 A
公开了一种壳核结构的硫酸铁钠正极材料及其合成方法，但是正极材料利用一氧化钛和碳材料对产品进行包覆，形成壳核结构，合成方式复杂，且增加了原材料成本
。
专利
CN 115020681 A
公开了一种硫酸铁钠正极材料的合成方法，但合成过程中使用酸性溶液对碳基材料进行了处理，会对设备各部件造成一定的腐蚀，清洗维护的难度较高，还带来了废水处理的成本
。
专利
CN 115159581 A
公开了一种
Na2Fe(SO4)2/C
复合正极材料的合成方法
。
但使用了喷雾干燥的合成方法，设备和时间成本增加
。
上述专利无法确保合成的产物无杂质，且制造成本较高
。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料及其制备方法，采用固相合成方法，一步合成操作安全
、
电化学性能优秀的亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料，解决硫酸铁钠材料易氧化
、
电导率差的问题，从而克服比容量低的缺陷
。
[0006]本专利技术的第一个目的是提供一种亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤，
[0007]S1、
保护气氛或真空条件下，对硫酸钠
、
硫酸亚铁
、
抗氧化剂和碳基材料进行球磨
处理，得到复合前驱体；
[0008]S2、
保护气氛下，对
S1
所述的复合前驱体进行煅烧
、
冷却处理，得到所述的亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料
。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，在
S1
中，所述硫酸亚铁和抗氧化剂在使用前进行预处理，所述预处理是于
180℃
‑
200℃
真空烘干，使结晶水脱离，从而获得无水硫酸亚铁，解决高温煅烧合成硫酸亚铁钠过程中结晶水影响产物生成的问题；加入抗氧化剂可以有效抑制亚铁离子的氧化，有助于获得目标产物
。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，在
S1
中，所述球磨处理的球料比为1‑
15
：1，转速为
200r/min
‑
400r/min
，时间为
3h
‑
6h
，使各原料混合均匀
。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，在
S1
中，球磨处理过程中采用的氧化锆球的直径为
1mm
‑
10mm。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，在
S1
中，所述抗氧化剂选自铁和
/
或抗坏血酸
。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，在
S1
中，所述抗氧化剂的添加量为硫酸亚铁质量的
0.1
％
‑
10
％
。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，在
S1
中，所述碳基材料选自石墨烯
、
碳纳米管
、MOFs
和
COFs
中的一种或多种
。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，在
S1
中，所述碳基材料的添加量为总物料质量的5％
‑
10
％
。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，在
S1
中，在保护气氛或真空条件下进行球磨处理，防止亚铁离子被氧化，得到准确产物
。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述保护气氛选自氮气
、
氩气和氦气中的一种或多种，有效防止
Fe
2+
在高温下的氧化，避免
Fe
3+
的形成
。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，在
S2
中，所述煅烧是以
1℃/min
‑
5℃/min
的升温速度升温至
300℃
‑
400℃
保温
10h
‑
24h
，促使硫酸亚铁钠的形成
。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，在
S2
中，所述煅烧在管式炉中进行
。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，在
S2
中，所述冷却是空冷至室温
。
[0021]本专利技术的第二个目的是提供一种所述的方法制备的亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料，所述亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料包括硫酸亚铁钠和碳基材料，化学式为
Na
x
Fe
y
(SO4)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1、
保护气氛或真空条件下，对硫酸钠
、
硫酸亚铁
、
抗氧化剂和碳基材料进行球磨处理，得到复合前驱体；
S2、
保护气氛下，对
S1
所述的复合前驱体进行煅烧
、
冷却处理，得到所述的亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料
。2.
根据权利要求1所述的亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在
S1
中，所述硫酸亚铁和抗氧化剂在使用前进行预处理，所述预处理是于
180℃
‑
200℃
真空烘干
。3.
根据权利要求1所述的亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在
S1
中，所述球磨处理的球料比为1‑
15
：1，转速为
200r/min
‑
400r/min
，时间为
3h
‑
6h。4.
根据权利要求1所述的亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在
S1
中，所述抗氧化剂选自铁和
/
或抗坏血酸
。5.
根据权利要求1所述的亚铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在
S1
中，所述抗氧化剂的添加量为硫酸亚铁质量的
0.1
％
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：刘召秀，李晨威，徐世国，
申请(专利权)人：无锡钠科能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：