【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠离子电池电极材料，具体涉及一种铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用。
技术介绍
1、由于锂离子电池具有较高能量密度且技术较为成熟，目前在电动车市场占据重要地位，但随着车产量的迅速增加，匮乏的锂资源将难以兼顾电动汽车和智能化电网储能两大产业的需求。由于钠离子电池工作原理与锂离子电池相似，寿命长、成本较低，适合大规模储能，发展钠离子电池能抵御区域资源风险。然而，目前钠离子电池的实际大规模生产、运输成本、能量密度和理论预期仍有差距，如何在实现良好电池综合性能的前提下降低成本成为关键。
2、铁基正极材料资源丰富、成本低廉、环境友好，成为低成本大规模钠离子电池储能材料的重要方向。目前铁基钠离子电池正极材料的研究主要集中在层状金属氧化物、普鲁士蓝类化合物、聚阴离子型化合物。其中，铜铁锰基或镍铁锰基等层状金属氧化物前驱体制备工艺复杂，电池循环稳定性能不足，且多数对空气敏感，增加了操作的复杂性与电池成本，因此难以规模化应用。普鲁士蓝化合物具有较好的倍率性能，但该材料中的fe(cn)6空位和结晶水导致电池的实际比容量较低，循环寿命较差，并存在高温及强酸性环境下释放有毒氰根的潜在危险，增加了环境治理成本。考虑到电池的循环稳定性能与综合经济成本，聚阴离子型材料在规模化储能电网的应用方面更具优势。但目前聚阴离子型铁基正极材料的能量密度仅处于中等水平，较有前景的nafepo4理论容量较高，但难以用化学法直接合成，通常使用有机溶液离子交换法制备，生产成本较高，限制了其工业化应用；na2fe2(so4)3材料制备相对简易，但其理
3、为了克服上述缺点，实现可持续低成本钠离子二次电池的应用，亟需开发出具有高比容量、制备简易、空气稳定的纯铁基聚阴离子型钠离子电池正极材料。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，解决现有钠离子电池的正极材料或存在成本高昂，或原料存在毒性，或比容量较低，或稳定性较差的问题。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，所述铁基硫酸盐正极材料为硫酸氧铁，化学式fe2o(so4)2。
4、优选的，在所述铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用中，所述铁基硫酸盐正极材料的制备方法包括以下步骤：
5、(1)对亚铁源进行研磨，然后进行预烧结，得到单斜晶型碱式硫酸盐中间体(化学式为feso4oh)；或者将铁源溶解于水中，经无机酸调节ph值后进行水热反应，得到混合晶型碱式硫酸盐中间体；
6、(2)将步骤(1)制得的单斜晶型碱式硫酸盐中间体或混合晶型碱式硫酸盐中间体依次进行研磨、固相烧结，得到铁基硫酸盐正极材料；
7、或者，所述铁基硫酸盐正极材料的制备方法包括以下步骤：
8、对亚铁源进行研磨，然后进行一步烧结，得到铁基硫酸盐正极材料。
9、优选的，在所述一种铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用中，所述亚铁源为硫酸亚铁结晶水合物，所述硫酸亚铁结晶水合物的化学式为feso4·xh2o，其中，x＝1～7；步骤(1)所述铁源为硫酸铁，所述硫酸铁的化学式为fe2(so4)3·yh2o，其中，y＝0～12。
10、优选的，在所述一种铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用中，步骤(1)所述预烧结的温度为150～300℃，步骤(1)所述预烧结的时间为1～7d；步骤(1)所述水热反应的温度为160～200℃，步骤(1)所述水热反应的时间为1～12h；所述一步烧结的温度为500～550℃，所述一步烧结的时间为1～3d，所述一步烧结的压力为2～8bar。
11、优选的，在所述一种铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用中，步骤(2)所述固相烧结的温度为455～475℃，步骤(2)所述固相烧结的时间为2～7d。
12、优选的，在所述一种铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用中，步骤(1)所述预烧结的气氛为空气、氧气或者空气与氧气的混合气体；步骤(2)所述固相烧结的气氛为有氧气氛或无氧气氛；所述一步烧结的气氛为氧气。
13、优选的，在所述一种铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用中，步骤(1)所述无机酸为硫酸，步骤(1)所述使用无机酸调节ph值的终点为0.5～0.7，步骤(1)所述铁源与水混合后其中的fe3+浓度为20～40g/l。
14、优选的，在所述一种铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用中，步骤(1)所述预烧结与步骤(2)所述固相烧结的升温速率独立的为3～5℃/min。
15、优选的，在所述一种铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用中，所述钠离子电池中包含的正极的制备方法包括以下步骤：
16、将硫酸氧铁与导电碳混合球磨，然后与聚偏二氟乙烯、n-甲基吡咯烷酮混合，得到电极浆料；最后将电极浆料涂膜，得到正极。
17、优选的，在所述一种铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用中，所述导电碳为superp、碳纳米管或科琴黑。
18、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
19、(1)本专利技术将fe2o(so4)2用作钠离子电池正极材料，具有高达约168mah/g的理论比容量，由于硫酸根的高电负性和聚阴离子骨架在钠离子脱嵌时正极材料结构的稳定性，赋予其较高的电压平台和循环稳定性；该材料即使在湿度相对较高的环境下，也不容易吸潮变质，产生副产物，从而降低电极材料的运输和贮存成本，并进一步提高钠离子电池的循环稳定性；
20、(2)本专利技术的钠离子电池正极材料相对于na+/na具有较高的电压放电平台(约3.0v)，克容量可达160mah/g，在铁钠离子电池正极材料中具有突出的能量密度；并且本专利技术正极材料的压实密度可达1.94g/cm3(100mpa)；
21、(3)本专利技术提供的用于非水溶液钠离子二次电池的fe2o(so4)2正极材料，其中含有的铁、硫、氧元素均在地壳中含量丰富，合成原料均采用市售廉价、易得的材料，性能优越，不含任何贵金属；采用成熟的固相烧结法，易于制备，在生产过程中没有污染物排放，生产成本低，绿色环保，因此可以大规模生产与推广。
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1.一种铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，所述铁基硫酸盐正极材料为硫酸氧铁，化学式为Fe2O(SO4)2。
2.如权利要求1所述的铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，所述铁基硫酸盐正极材料的制备方法包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，所述亚铁源为硫酸亚铁结晶水合物，所述硫酸亚铁结晶水合物的化学式为FeSO4·xH2O，其中，x＝1～7；步骤(1)所述铁源为硫酸铁，所述硫酸铁的化学式为Fe2(SO4)3·yH2O，其中，y＝0～12。
4.如权利要求2所述的铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，步骤(1)所述预烧结的温度为150～300℃，步骤(1)所述预烧结的时间为1～7d；步骤(1)所述水热反应的温度为160～200℃，步骤(1)所述水热反应的时间为1～12h；所述一步烧结的温度为500～550℃，所述一步烧结的时间为1～3d，所述一步烧结的压力为2～8bar。
5.如权利要求2所述的铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，其特征
6.如权利要求4或5所述的铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，步骤(1)所述预烧结的气氛为空气、氧气或者空气与氧气的混合气体；步骤(2)所述固相烧结的气氛为有氧气氛或无氧气氛；所述一步烧结的气氛为氧气。
7.如权利要求2或3所述的铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，步骤(1)所述无机酸为硫酸，步骤(1)所述使用无机酸调节PH值的终点为0.5～0.7，步骤(1)所述铁源与水混合后其中的Fe3+浓度为20～40g/L。
8.如权利要求6所述的铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，步骤(1)所述预烧结与步骤(2)所述固相烧结的升温速率独立的为3～5℃/min。
9.如权利要求1所述的铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，所述钠离子电池中包含的正极的制备方法包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，所述导电碳为SuperP、碳纳米管或科琴黑。
...【技术特征摘要】
1.一种铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，所述铁基硫酸盐正极材料为硫酸氧铁，化学式为fe2o(so4)2。
2.如权利要求1所述的铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，所述铁基硫酸盐正极材料的制备方法包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，所述亚铁源为硫酸亚铁结晶水合物，所述硫酸亚铁结晶水合物的化学式为feso4·xh2o，其中，x＝1～7；步骤(1)所述铁源为硫酸铁，所述硫酸铁的化学式为fe2(so4)3·yh2o，其中，y＝0～12。
4.如权利要求2所述的铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，步骤(1)所述预烧结的温度为150～300℃，步骤(1)所述预烧结的时间为1～7d；步骤(1)所述水热反应的温度为160～200℃，步骤(1)所述水热反应的时间为1～12h；所述一步烧结的温度为500～550℃，所述一步烧结的时间为1～3d，所述一步烧结的压力为2～8bar。
5.如权利要求2所述的铁基硫酸盐正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，步...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙美玲，尚金冰，周菲，刘金平，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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