磷酸焦磷酸铁钠正极材料制造技术

本申请公开了一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料

【技术实现步骤摘要】
磷酸焦磷酸铁钠正极材料、其制备方法及钠离子电池


[0001]本申请涉及钠离子电池的领域，具体涉及一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料
、
其制备方法及钠离子电池
。

技术介绍

[0002]钠离子电池相比于锂离子电池至少具有以下三个方面的优势：
(1)
钠资源丰富，成本低廉，分布广泛，原料更易获取；
(2)
钠离子电池的半电池电势较锂离子电池电势高
0.3
～
0.4V
，能利用分解电势更低的电解质溶剂及电解质盐，电解质的选择范围更宽；
(3)
钠离子电池具有相对稳定的电化学性能，使用更加安全
。
[0003]磷酸焦磷酸铁钠作为铁基聚阴离子型正极材料，其结构中具有开放的
3D
钠离子扩散通道，是具有很好应用前景和成本竞争力的正极材料
。
该材料循环性能稳定，但是存在着颗粒大，以及磷酸焦磷酸铁钠中固有的隔离特性导致其电子导电性低
、
离子扩散缓慢的缺点，阻碍了磷酸焦磷酸铁钠的电化学性能的提升
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料
、
其制备方法及钠离子电池，该磷酸焦磷酸铁钠正极材料至少具有改善的离子传导性，降低钠离子在磷酸焦磷酸铁钠正极材料中的扩散阻抗的优势；另外，包含所述磷酸焦磷酸铁钠正极材料的钠离子电池也具有相应的有益效果，可实现更低的内阻，获得更好的电池动力学性能
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料，所述正极材料包括多孔哑铃状颗粒，所述多孔哑铃状颗粒的宽径与长径之比为
(0.1
～
0.7)
：
1。
[0006]本申请实施例提供的磷酸焦磷酸铁钠正极材料，具有宽径与长径之比为
(0.1
～
0.7)
：1的多孔哑铃形状，这样的多孔哑铃形状可以缩短钠离子从正极材料颗粒外部到颗粒内部的扩散路径，降低钠离子在磷酸焦磷酸铁钠正极材料中的扩散阻抗，从而改善正极材料的离子传导性
。
[0007]在本申请的一些实施例中，所述多孔哑铃状颗粒的孔隙直径为2～
800nm。
[0008]在本申请的一些实施例中，所述正极材料的比表面积为
10.5
～
62.3m2/g。
[0009]在本申请的一些实施例中，所述多孔哑铃状颗粒的长径为
0.3
～4μ
m。
[0010]在本申请的一些实施例中，所述多孔哑铃状颗粒的表面具有碳包覆层
。
[0011]在本申请一些实施例中，所述正极材料的碳含量为1％～
15
％
。
[0012]第二方面，本申请提供一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，包括：
[0013]提供包含钠源
、
铁源
、
磷源的原料；
[0014]将所述原料与表面活性剂混合后进行溶剂热反应，反应后分离出固体，其中，所述表面活性剂为含卤素的长链烷基表面活性剂；
[0015]将所述固体于保护气氛中进行煅烧处理，得到磷酸焦磷酸铁钠正极材料
。
[0016]根据本申请实施例的制备方法，在通过原料制备磷酸焦磷酸铁钠正极材料的溶剂
热反应过程中，用于溶剂热反应的溶剂中加入有含卤素的长链烷基表面活性剂，这样的表面活性剂可在溶剂热反应过程中控制反应产物相的形貌，从而诱导形成哑铃状的磷酸焦磷酸铁钠正极材料
。
因此，根据本申请第二方面的制备方法可用于制备根据本申请第一方面的具有特定哑铃状形状的磷酸焦磷酸铁钠正极材料
。
[0017]在本申请的一些实施例中，所述表面活性剂包括长链烷基卤化季铵盐表面活性剂和
/
或卤代长链烷基羧酸盐表面活性剂
。
[0018]在本申请的一些实施例中，所述表面活性剂包括十二烷基三甲基溴化铵
、
十二烷基三甲基氯化铵
、
十六烷基三甲基溴化铵
、
十六烷基三甲基氯化铵
、
十四烷基三甲基溴化铵
、
十四烷基三甲基氯化铵
、
十八烷基三甲基氯化铵
、
十八烷基三甲基溴化铵
、
十烷基三甲基氯化铵
、
十烷基三甲基溴化铵
、
溴代十六烷酸钠中的一种或多种组合
。
[0019]在本申请的一些实施例中，所述表面活性剂相对于所述铁源的质量比为
(1
～
12)
：
100。
[0020]在本申请的一些实施例中，所述溶剂热反应的温度为
180
～
220℃
，反应时间为
25
～
50h。
[0021]在本申请的一些实施例中，所述煅烧处理包括一次煅烧，温度为
500
～
600℃
，升温速率为1～
10℃/min
，保温时间为5～
15h。
[0022]在本申请的一些实施例中，所述钠源
、
铁源
、
磷源满足钠元素
、
铁元素
、
磷元素的摩尔比为
(3
～
4):(3
～
4):4。
[0023]在本申请的一些实施例中，所述钠源包括含钠有机化合物和
/
或含钠无机化合物中的至少一种
。
[0024]在本申请的一些实施例中，所述铁源为有含铁有机化合物
/
或含铁无机化合物中的至少一种
。
[0025]在本申请的一些实施例中，所述磷源包括磷酸盐和
/
或焦磷酸盐中的至少一种
。
[0026]在本申请的一些实施例中，所述原料还包括碳源，所述碳源与铁源的摩尔比为
1:(0.5
～
5)。
[0027]在本申请的一些实施例中，所述碳源包括碳粉
、
碳纳米管
、
石墨烯
、
乙炔黑
、
碳气凝胶
、
葡萄糖
、
蔗糖
、
淀粉
、
抗坏血酸
、
酚醛树脂和壳聚糖中的至少一种
。
[0028]第三方面，本申请实施例提供一种钠离子电池，所述钠离子电池包括根据本申请第一方面任一实施例的磷酸焦磷酸铁钠正极材料或根据本申请第二方面的任一实施例的制备方法得到磷酸焦磷酸铁钠正极材料
。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，所述正极材料包括多孔哑铃状颗粒，所述多孔哑铃状颗粒的宽径与长径之比为
(0.1
～
0.7)
：
1。2.
根据权利要求1所述的磷酸焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，所述正极材料满足如下至少之一：所述正极材料的比表面积为
10.5
～
62.3m2/g
；所述多孔哑铃状颗粒的孔隙直径为2～
800nm
；所述多孔哑铃状颗粒的长径为
0.3
～4μ
m。3.
根据权利要求1或2所述的磷酸焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，所述多孔哑铃状颗粒的表面具有碳包覆层，和
/
或所述正极材料的碳含量为1％～
15
％
。4.
一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，包括：提供包含钠源
、
铁源
、
磷源的原料；将所述原料与表面活性剂混合后进行溶剂热反应，反应后分离出固体，其中，所述表面活性剂为含卤素的长链烷基表面活性剂；将所述固体于保护气氛中进行煅烧处理，得到磷酸焦磷酸铁钠正极材料
。5.
根据权利要求4所述的磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂满足如下至少之一：所述表面活性剂包括长链烷基卤化季铵盐表面活性剂，和
/
或卤代长链烷基羧酸盐表面活性剂；所述表面活性剂相对于所述铁源的质量比为
(1
～
12)
：
100。6.
根据权利要求4所述的磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂包括十二烷基三甲基溴化铵
、
十二烷基三甲基氯化铵
、
十六烷基三甲基溴化铵
、
十六烷基三甲基氯化铵
、
十四烷基三甲基溴化铵
、
十四烷基三甲基氯化铵
、
十八烷基三甲基氯化铵
、
十八烷基三甲基溴化铵
、
十烷基三甲基氯化铵
、
十烷基三甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖科亮，冯泽，王鹏，孔令涌，梁永昌，王一莎，林静宜，
申请(专利权)人：佛山市德方纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：