正极材料的制备方法技术

本申请提供了一种正极材料的制备方法

【技术实现步骤摘要】
正极材料的制备方法、正极材料、正极极片、钠离子电池和用电装置


[0001]本申请涉及正极材料制备
，具体涉及一种正极材料的制备方法
、
正极材料
、
正极极片
、
钠离子电池和用电装置
。

技术介绍

[0002]传统铅酸电池
、
镍镉电池能效较低且污染严重，钠离子电池中锂离子电池成本高且安全性有待提升，随着新能源汽车市场需求量激增，难以满足市场需求
。
钠离子电池具有高安全
、
低成本
、
环境友好等优点，深受研究学者们的青睐，促进了钠离子电池的广泛研究与应用
。
钠离子电池中的正极材料
、
是其重要组成部分，起着至关重要的作用
。
[0003]用于钠离子电池的正极材料中具有代表性的有层状过渡金属氧化物
、
普鲁士蓝类似物和聚阴离子类正极材料等
。
如硫酸亚铁钠正极材料这类聚阴离子类材料，其框架结构稳定，同时聚阴离子类正极材料的诱导效应也能进一步提升材料的工作电压
。
但在制备硫酸亚铁钠正极材料这类聚阴离子类材料时，制备工艺复杂，制备时间长等缺点
。
[0004]因此，寻找一种更好的方法制备硫酸亚铁钠正极材料这类正极材料对于本领域有重要的意义
。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种正极材料的制备方法
、
正极材料
、
正极极片
、
钠离子电池和用电装置，简化了制备工艺，加快了制备正极材料的速率，缩短制备时间
。
[0006]第一方面，本申请提供了一种正极材料的制备方法，包括：
[0007]将包含钠源
、
硫酸盐
、
亚铁盐和碳源的原材料加入到充入有还原性气体的具有加热功能的密闭容器中，在加热的条件下研磨并煅烧处理原材料，得到硫酸亚铁钠和碳复合的正极材料；
[0008]其中，煅烧处理的反应温度
T
保持为
300℃≤T≤400℃。
[0009]本申请通过在密闭容器内，同时研磨和加热煅烧，简化了制备工艺，同时在原材料加入到密闭容器中研磨，过程中受到冲击，原材料在容器内壁处相当于受到一定的冲击力，密闭容器也在加热，原材料在与容器内壁接触时，二者换热，提高了对原材料的传热效果，节约了制备时间
。
[0010]本申请的方法在还原性气氛中使制备硫酸亚铁钠与碳复合的正极材料，可以避免在制备过程中亚铁盐被氧化生成三价铁，同时还可以使亚铁盐中包含的微量杂质三价铁被还原成二价铁，并且研磨使原材料分散，从而使得还原性气体与原材料接触的更充分，确保还原反应更充分，有利于提高硫酸亚铁钠和碳复合的正极材料的纯度，提高其中二价铁的质量百分含量
。
[0011]本申请通过在密闭容器内进行，防止还原性气体的外泄，提高了制备过程的安全性
。
并且减少了原材料与外界接触次数，防止材料吸湿氧化，进一步提高了正极材料的纯
度，提高其中二价铁的质量百分含量
。
[0012]本申请方法制备的硫酸亚铁钠和碳复合的正极材料用于正极极片，由于正极材料中二价铁元素含量较高，三价铁元素杂质较低，且正极材料比表面积较为合适，粒径更加均匀，使包含该正极材料的钠离子电池中获得改善了的首圈放电克容量
、
首次充放电效率
、
循环
1000
圈容量保持率和倍率性等性能
。
[0013]根据本申请一个方面的实施例，制备方法满足下列条件中的至少一项：
[0014]所述钠源包括硫酸钠
、
硝酸钠
、
氯化钠
、
氢氧化钠中的一种或几种；
[0015]所述硫酸盐包括硫酸钠
、
硫酸亚铁中的一种或几种；
[0016]所述亚铁盐包括硫酸亚铁
、
硫酸亚铁七水合物
、
硫酸亚铁一水合物中的一种或几种；
[0017]所述碳源包括石墨
、
碳纳米管
、
碳纳米纤维
、
石墨烯
、
炭黑中的一种或几种；
[0018]所述钠源与所述硫酸盐为同一种物质；
[0019]所述亚铁盐与所述硫酸盐为同一种物质
。
[0020]根据本申请一个方面的实施例，方法满足下列条件中的至少一项：
[0021]所述原材料中，硫酸根基团与钠元素的摩尔比为1：
(0.28
～
2.5)
；
[0022]所述原材料中，铁元素与钠元素的摩尔比为1：
(0.8
～
1.8)
；
[0023]所述原材料中，所述碳源的质量含量为1％～6％，可选为4％～5％
。
[0024]根据本申请一个方面的实施例，硫酸亚铁钠和碳复合的正极材料的克容量至
98mAh/g
以上
。
[0025]根据本申请一个方面的实施例，制备方法包括：将研磨介质与所述原材料以质量比为1：
(0.02
～
20)
混合比例进行混合
。
[0026]根据本申请一个方面的实施例，方法满足下列条件中至少一项：
[0027]所述密闭容器以
350
‑
700r/min
的转动速度为进行研磨，所述研磨时间为4～
10h
；
[0028]所述研磨介质包括氧化锆陶瓷颗粒
、
碳化硅颗粒及氧化铝颗粒中的一种或几种；
[0029]所述研磨介质为球体，所述研磨介质的直径为
0.5cm
～
2cm。
[0030]第二方面，本申请提供了一种正极材料，包括通过第一方面的制备方法制得的硫酸亚铁钠和碳复合的正极材料
。
[0031]根据本申请一个方面的实施例，正极材料中三价铁元素在所有铁元素中的质量百分含量
n
满足：
n
＜1％
。
[0032]根据本申请一个方面的实施例，所述硫酸亚铁钠与碳复合的正极材料的平均粒径
Dv50
为
0.2
‑
0.5
μ
m。
[0033]根据本申请一个方面的实施例，所述硫酸亚铁钠与碳复合的正极材料的比表面积为
12
‑
17m2/g。
[0034]根据本申请一个方面的实施例，硫酸亚铁钠与碳复合的正极材料包括：
[0035]硫酸亚铁钠正极材料颗粒，其化学通式为
Na
m
Fe
n
SO4，其中，
0.22≤m
＜2，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括：将包含钠源
、
硫酸盐
、
亚铁盐和碳源的原材料加入到充入有还原性气体的具有加热功能的密闭容器中，在加热的条件下研磨并煅烧处理所述原材料，得到硫酸亚铁钠和碳复合的正极材料；其中，所述煅烧处理的反应温度
T
保持为
300℃≤T≤400℃。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足下列条件中的至少一项：所述钠源包括硫酸钠
、
硝酸钠
、
氯化钠
、
氢氧化钠中的一种或几种；所述硫酸盐包括硫酸钠
、
硫酸亚铁中的一种或几种；所述亚铁盐包括硫酸亚铁
、
硫酸亚铁七水合物
、
硫酸亚铁一水合物中的一种或几种；所述碳源包括石墨
、
碳纳米管
、
碳纳米纤维
、
石墨烯
、
炭黑中的一种或几种；所述钠源与所述硫酸盐为同一种物质；所述亚铁盐与所述硫酸盐为同一种物质
。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法满足下列条件中的至少一项：所述原材料中，硫酸根基团与钠元素的摩尔比为1：
(0.28
～
2.5)
；所述原材料中，铁元素与钠元素的摩尔比为1：
(0.8
～
1.8)
；所述原材料中，所述碳源的质量含量为1％～6％，可选为4％～5％
。4.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸亚铁钠和碳复合的正极材料的克容量
≥98mAh/g。5.
根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述制备方法包括：将研磨介质与所述原材料以质量比为1：
(0.02
～
20)
混合比例进行混合
。6.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雷，陈宇，王齐，刁继波，
申请(专利权)人：江苏众钠能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：