【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用钛白粉副产物制备钠离子电池正极材料硫酸铁钠的方法，属于钠离子电池的新型材料制备领域。
技术介绍
1、钠离子电池的研究与锂离子电池差不多同步，但因其与锂离子电池性能相差较大而处于发展停滞状态。2010年之后，随着锂离子电池在消费、动力和储能三大领域快速应用，各大锂离子电池生产商不断扩大产能，导致锂资源需求紧张，价格大幅上涨，钠离子电池又重新进入人们的视野。钠资源丰富且分布广泛，发展钠离子电池可避免产业发展过程中的资源“卡脖子”问题。虽然钠离子电池的能量密度（100~150wh/kg）低于锂离子电池（磷酸铁锂电池为120~200wh/kg，三元锂离子电池为200~300wh/kg），但远高于铅酸电池(35~50wh/kg)；而且钠离子电池的循环寿命（>3000次）也远优于铅酸电池（300~1000次）。此外，钠离子电池还具有安全性高、高低温性能优异（工作温度区间为-40℃~80℃）、快充性能突出等优势。加之，钠离子电池与锂离子电池生产工艺相近，设备兼容性高，企业生产线转换较为便捷。在储能应用中，成本和寿命是比能量密度更重要的指标。因此，钠离子电池有着比锂离子电池更大的市场竞争优势。
2、具有应用前景的钠离子电池正极材料主要有层状过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物和普鲁士蓝类化合物。其中，聚阴离子型化合物因具有工作电压高、稳定性好、安全性高等突出优势而备受关注。2014年，p. barpanda等首次报道了na2fe2(so4)3可作为一种高电压正极材料应用于钠离子电池，尤其是其突出的成本优势和无
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种利用钛白粉副产物制备钠离子电池正极材料钠离子电池硫酸铁钠的方法，该方法工艺流程简单、生产成本低，同时实现了钛白粉副产物的高价值回收利用。
2、本专利技术所述的硫酸铁钠的制备方法，是以钛白粉副产物和钠源为反应物，并加入适量的除杂剂。其中，钠源为硫酸钠、碳酸钠、氯化钠、氢氧化钠、乙酸钠、草酸钠、硝酸钠中的至少一种等。碳源为聚乙烯吡咯烷酮、抗坏血酸、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、聚苯胺、石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米管中的至少一种等。针对钛白粉副产物进行预除杂时采用的除杂剂为硫化钠、氨水、氢氧化钠等。钛白粉副产物的主要成分为硫酸亚铁，可用作铁源，同时钛白粉副产物还含有少量的mg、mn、ti等元素，制备时可作为异质原子掺杂在硫酸铁钠正极材料晶格内部，进一步提升材料的电化学性能。
3、一种利用钛白粉副产物制备钠离子电池正极材料硫酸铁钠的方法，包括以下步骤：
4、s1. 将钛白粉副产物用去离子水充分溶解后，过滤，干燥，即得到水洗钛白粉副产物；所述的水洗钛白粉副产物中硫酸亚铁含量为80-90%，mg含量为0.5-1.5%，mn含量为0.1-0.3%，ti含量为0.1-0.3%。不可避免的还含有少量的钙、钠、锌、铝、钴、铅、钾、磷。
5、s2. 将水洗钛白粉副产物和钠源和以及一定量的碳源和分散剂混合、球磨一段时间；随后在一定温度下烘干；最后，将上述所得前驱体在惰性气氛中进行热处理一段时间后即得到硫酸铁钠na2fe(so4)2正极材料。
6、优选的，所述的钛白粉副产物加水溶解、过滤后，向滤液中加入除杂剂，经过滤干燥后得到除杂钛白粉副产物，所述的除杂剂为硫化钠、氨水、或氢氧化钠，添加量为钛白粉副产物质量的0.3-10%。
7、优选的，步骤s2中，所述钠源为硫酸钠、碳酸钠、氯化钠、氢氧化钠、乙酸钠、草酸钠、硝酸钠中的至少一种等；钠源和除杂钛白粉副产物的摩尔质量比为0.95~0.98。
8、优选的，步骤s2中，碳源为聚乙烯吡咯烷酮、抗坏血酸、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、聚苯胺、石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米管中的至少一种等；碳源的添加量为所取钠源和除杂钛白粉副产物质量的5~20%。
9、优选的，步骤s2中，球磨过程中添加的分散剂为去离子水、无水乙醇、丙酮中的至少一种等。
10、优选的，步骤s2中，所述球磨一段时间为4~10 h；所述一定温度下烘干为55~75℃。
11、优选的，步骤s2中，所述在惰性气氛中进行热处理一段时间为在氮气或氩气中150~200℃下烧结3~5 h，之后在300~400℃下烧结18~32 h；升温速率为3~10 ℃/min。
12、将硫酸铁钠正极材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯（pvdf）搅拌成浆料，涂覆于铝箔上经过干燥、冲膜和压膜制成极片。
13、与现有技术相比，本专利技术具有以下几个显著特点：
14、（1）本专利技术利用钛白粉副产物制备钠离子电池正极材料硫酸铁钠的整个制备过程中无有毒气体、液体、固体排放，绿色环保。
15、（2）本专利技术涉及的原材料成本低，制备工艺简单，适合大规模工业化生产。
16、（3）本专利技术可以充分利用钛白粉副产物中的mg、mn、ti等元素，制备出异质原子掺杂的硫酸铁钠正极材料。
17、（4）本专利技术制备的硫酸铁钠正极材料表现出远高于其它钠离子电池正极材料（镍铁锰酸钠、普鲁士蓝类料）以及大规模商业化锂离子电池磷酸铁锂正极材料的工作电压，在储能器件和低速电动车应用领域表现出巨大的潜力。
18、（5）本专利技术实现了钛白粉副产物的高价值回收利用。
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1.一种利用钛白粉副产物制备钠离子电池正极材料硫酸铁钠的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用钛白粉副产物制备硫酸铁钠正极材料的方法，其特征在于，所述的钛白粉副产物为硫酸法生产钛白粉后得到的含硫酸亚铁的副产物；
3.根据权利要求2所述的一种利用钛白粉副产物制备硫酸铁钠正极材料的方法，其特征在于，所述的钛白粉副产物加水溶解、过滤后，向滤液中加入除杂剂，经过滤干燥后得到除杂的钛白粉副产物，所述的除杂剂为硫化钠、氨水、或氢氧化钠，添加量为除杂钛白粉副产物质量的0.3-10%。
4.根据权利要求1所述的一种利用钛白粉副产物制备硫酸铁钠正极材料的方法，其特征在于所述钠源为硫酸钠、碳酸钠、氯化钠、氢氧化钠、乙酸钠、草酸钠、硝酸钠中的至少一种；钠源和除杂钛白粉副产物的摩尔质量比为0.95~0.98。
5.根据权利要求1所述的一种利用钛白粉副产物制备硫酸铁钠正极材料的方法，其特征在于，所述的碳源为聚乙烯吡咯烷酮、抗坏血酸、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、聚苯胺、石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米管中的至少一种；碳源的添加量为所取钠源和
6. 根据权利要求1所述的一种利用钛白粉副产物制备硫酸铁钠正极材料的方法，其特征在于，球磨过程中添加的分散剂为去离子水、无水乙醇、丙酮中的至少一种；所述球磨一段时间为4~10 h；球磨后在55~75℃下烘干。
7. 根据权利要求1所述的一种利用钛白粉副产物制备硫酸铁钠正极材料的方法，其特征在于，所述在惰性气氛中进行热处理一段时间为在氮气或氩气中150~200℃下烧结3~5h，之后在300~400 ℃下烧结18~32 h；所述热处理的升温速率为3~10 ℃min-1。
8.根据权利要求1~7任一项所述的制备方法制备得到的硫酸铁钠Na2Fe(SO4)2/C电极材料。
9.根据权利要求8所述的硫酸铁钠Na2Fe(SO4)2以及碳包覆硫酸铁钠Na2Fe(SO4)2/C电极材料在制备钠离子电池正极材料上的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种利用钛白粉副产物制备钠离子电池正极材料硫酸铁钠的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用钛白粉副产物制备硫酸铁钠正极材料的方法，其特征在于，所述的钛白粉副产物为硫酸法生产钛白粉后得到的含硫酸亚铁的副产物；
3.根据权利要求2所述的一种利用钛白粉副产物制备硫酸铁钠正极材料的方法，其特征在于，所述的钛白粉副产物加水溶解、过滤后，向滤液中加入除杂剂，经过滤干燥后得到除杂的钛白粉副产物，所述的除杂剂为硫化钠、氨水、或氢氧化钠，添加量为除杂钛白粉副产物质量的0.3-10%。
4.根据权利要求1所述的一种利用钛白粉副产物制备硫酸铁钠正极材料的方法，其特征在于所述钠源为硫酸钠、碳酸钠、氯化钠、氢氧化钠、乙酸钠、草酸钠、硝酸钠中的至少一种；钠源和除杂钛白粉副产物的摩尔质量比为0.95~0.98。
5.根据权利要求1所述的一种利用钛白粉副产物制备硫酸铁钠正极材料的方法，其特征在于，所述的碳源为聚乙烯吡咯烷酮、抗坏血酸、...
【专利技术属性】
技术研发人员：张露露，代海东，孙华斌，陈朝尧，杨学林，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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