一种核壳结构的聚阴离子材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种核壳结构的聚阴离子材料及其制备方法和应用，属于钠离子电池正极材料技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构的聚阴离子材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于钠离子电池正极材料
，具体涉及一种核壳结构的聚阴离子材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]近年来，太阳能
、
风能等新型能源的快速发展对大规模储能技术提出了巨大需求，在诸多储能技术之中，以锂离子电池为代表的二次电池兼具高能量密度和长使用寿命等独特优势，成为储能行业的主力军
。
但目前，锂离子电池行业的快速发展，带来了严重的锂资源错配，进而导致碳酸锂原料价格过快增长，成为制约锂离子电池快速发展的强大阻力
。
在锂资源不足前提下，资源充沛的钠离子电池则迎来发展机遇
。
[0003]钠离子电池正极材料主要有层状金属氧化物
、
聚阴离子化合物
、
普鲁士蓝类化合物等，其中聚阴离子类产品以其工作电压高
、
循环稳定性好
、
原材料成本低
、
制备过程简单
、
加工性能好等优势，成为市场关注的焦点
。
在聚阴离子材料中，磷酸焦磷酸铁钠的生产工艺
、
设备与锂电磷酸铁锂材料相似度高，且其成本低
、
结构稳定
、
不含有毒有害成分，非常适合作为大规模储能
、
二轮车等方向的钠离子电池正极材料，具有技术和市场的先行优势
。
在磷酸焦磷酸铁钠材料的改性方向上，多数通过减小颗粒尺寸和碳包覆来改善材料在电池使用时出现容量低
、
内阻大
、
倍率差等缺陷，但这两种改性方式均大大降低了材料的振实密度及结构稳定性，阻碍了其作为高能量密度和长循环寿命的钠离子电池正极材料的应用和推广
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种核壳结构的聚阴离子材料及其制备方法和应用
。
本专利技术提供的聚阴离子材料具有高振实密度和结构稳定的优点，以其作为钠离子电池正极材料具有高比容量和长循环寿命的优势
。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种核壳结构的聚阴离子材料，所述聚阴离子材料为类球体颗粒；所述类球体颗粒包括核芯和外壳；所述核芯由多个球形二次颗粒堆叠而成，所述多个球形二次颗粒堆叠形成多个微腔室；每个球形二次颗粒由一次颗粒Ⅰ团聚形成；所述外壳为多孔结构；所述外壳由一次颗粒Ⅱ团聚形成；
[0007]所述一次颗粒Ⅰ和一次颗粒Ⅱ均包括
Na
x
Fe
(x
‑
1)
(PO4)
(x
‑
2)
P2O7颗粒和包覆于所述
Na
x
Fe
(x
‑
1)
(PO4)
(x
‑
2)
P2O7颗粒表面的碳，所述
Na
x
Fe
(x
‑
1)
(PO4)
(x
‑
2)
P2O7中，
2≤X≤6。
[0008]优选的，所述类球体颗粒的平均粒径为
10
～
20
μ
m
；所述球形二次颗粒的平均粒径为
0.5
～3μ
m
；所述外壳的平均厚度为
0.2
～1μ
m。
[0009]优选的，所述一次颗粒Ⅰ和一次颗粒Ⅱ中的碳和
Na
x
Fe
(x
‑
1)
(PO4)
(x
‑
2)
P2O7颗粒的质量比独立地为
(1
～
5)
：
100
；所述核芯的质量为聚阴离子材料质量的
40
～
80
％
。
[0010]优选的，所述聚阴离子材料的振实密度为
1.6
～
2.0g/cm3，比表面积为
10
～
15m2/g。
[0011]本专利技术提供了上述方案所述核壳结构聚阴离子材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]按照目标
Na
x
Fe
(x
‑
1)
(PO4)
(x
‑
2)
P2O7颗粒中
Na、Fe
和
P
的摩尔比例，将水溶性钠源
、
铁源
、
水溶性磷源与水溶性有机碳源和水进行第一混合，得到混合浆料；所述铁源不溶于水；
[0013]将所述混合浆料进行第一研磨，得到
A
浆料；将所述混合浆料进行第二研磨，得到
B
浆料；所述
A
浆料的体积为
A
浆料和
B
浆料总体积的
40
～
80
％；所述
A
浆料的粒径
D50
为
150
～
300nm
，
B
浆料的粒径
D50
为
350
～
500nm
；
[0014]将所述
A
浆料和
B
浆料进行第二混合，将所得混合料进行离心喷雾干燥，得到混合固体粉末；
[0015]将所述混合固体粉末进行煅烧，得到所述核壳结构的聚阴离子材料
。
[0016]优选的，所述水溶性钠源包括氢氧化钠
、
碳酸钠
、
草酸钠和乙酸钠中的一种或多种；所述铁源包括磷酸铁
、
磷酸亚铁
、
碳酸铁
、
碳酸亚铁
、
草酸亚铁和草酸铁中的一种或多种；所述水溶性磷源包括磷酸
、
磷酸盐和焦磷酸盐中的一种或多种；所述水溶性有机碳源包括柠檬酸
、
葡萄糖
、
蔗糖
、
维生素
C、
羧甲基纤维素和聚乙二醇中的一种或多种
。
[0017]优选的，所述水溶性有机碳源的质量为铁源质量的5～
30
％；所述混合浆料的固含量为
10
～
40
％
。
[0018]优选的，所述混合固体粉末的粒径
D50
为
10
～
30
μ
m
；所述离心喷雾干燥所用离心式雾化器的转速为
6000
～
10000rpm
；所述离心喷雾干燥的进口温度为
160...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种核壳结构的聚阴离子材料，其特征在于，所述聚阴离子材料为类球体颗粒；所述类球体颗粒包括核芯和外壳；所述核芯由多个球形二次颗粒堆叠而成，所述多个球形二次颗粒堆叠形成多个微腔室；每个球形二次颗粒由一次颗粒Ⅰ团聚形成；所述外壳为多孔结构；所述外壳由一次颗粒Ⅱ团聚形成；所述一次颗粒Ⅰ和一次颗粒Ⅱ均包括
Na
x
Fe
(x
‑
1)
(PO4)
(x
‑
2)
P2O7颗粒和包覆于所述
Na
x
Fe
(x
‑
1)
(PO4)
(x
‑
2)
P2O7颗粒表面的碳，所述
Na
x
Fe
(x
‑
1)
(PO4)
(x
‑
2)
P2O7中，
2≤X≤6。2.
根据权利要求1所述的聚阴离子材料，其特征在于，所述类球体颗粒的平均粒径为
10
～
20
μ
m
；所述球形二次颗粒的平均粒径为
0.5
～3μ
m
；所述外壳的平均厚度为
0.2
～1μ
m。3.
根据权利要求1所述的聚阴离子材料，其特征在于，所述一次颗粒Ⅰ和一次颗粒Ⅱ中的碳和
Na
x
Fe
(x
‑
1)
(PO4)
(x
‑
2)
P2O7颗粒的质量比独立地为
(1
～
5)
：
100
；所述核芯的质量为聚阴离子材料质量的
40
～
80
％
。4.
根据权利要求1～3任意一项所述的聚阴离子材料，其特征在于，所述聚阴离子材料的振实密度为
1.6
～
2.0g/cm3，比表面积为
10
～
15m2/g。5.
权利要求1～4任意一项所述核壳结构的聚阴离子材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照目标
Na
x
Fe
(x
‑
1)
(PO4)
(x
‑
2)
P2O7颗粒中
Na、Fe
和
P
的摩尔比例，将水溶性钠源
、
铁源
、
水溶性磷源与水溶性有机碳源和水进行第一混合，得到混合浆料；所述铁源不溶于水；将所述混合浆料进行第一研磨，得到<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王欢，温秦芬，张健，张小龙，
申请(专利权)人：赣州立探新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：