一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料及其制备和应用制造技术

技术编号：40746273 阅读：3 留言：0更新日期：2024-03-25 20:04

本发明专利技术涉及一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料及其制备和应用，该正极材料的制备方法包括以下步骤：(1)先称取Fe(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;溶于去离子水中，加入络合剂与碳源，溶解后再加入NaH<subgt;2</subgt;PO<subgt;4</subgt;，搅拌至得到澄清溶液；(2)将所得澄清溶液进行喷雾干燥处理，得到前驱体，再至于惰性气氛下热处理，得到Na<subgt;4</subgt;Fe<subgt;3</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;2</subgt;(P<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;)@xNa<subgt;2</subgt;FeP<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;材料，即为目标产物，其中，x的取值范围为0～10％。本发明专利技术向铁基混合磷酸盐Na<subgt;4</subgt;Fe<subgt;3</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;2</subgt;(P<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;)中引入过量的Na<subgt;2</subgt;FeP<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;，在热处理过程中有利于实现过量的磷酸根PO<subgt;4</subgt;<supgt;3‑</supgt;向Na<subgt;2</subgt;FeP<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;相的转变，从而有效地消除了非活性的maricite相NaFePO<subgt;4</subgt;。所制得得材料拥有高度的纯相结构，在容量，充放电性能和长循环稳定性上有了较大的改善，是一种具有广泛发展前景的电极材料。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钠离子电池，涉及一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料及其制备和应用。

技术介绍

1、近年来，随着锂离子电动汽车的大规模应用，锂资源等电池材料的价格日益飞涨，导致锂离子电池作为大规模储能设备难以实现。相比之下，钠离子电池由于地球上的钠资源丰富，具有类似锂离子电池的工作原理，且钠离子电池的电极材料价格比锂离子电池低约30倍左右，更低的成本，更丰富的资源以及与锂离子电池几乎通用的生产设备，使得钠离子电池备受关注。然而，钠离子电池的大规模开发仍面临着很大的挑战。因为钠离子的半径比锂离子电池大导致钠离子在嵌入脱出的过程中受阻，具有缓慢的扩散动力学，限制了快速充放电性能。此外，脱嵌钠的过程存在较大的体积变化，对正极材料的稳定性是一个巨大的考验，这就迫使人们集中于探索低成本，长寿命以及高稳定性的，适合钠离子脱嵌理想正极材料。

2、关于正极，最为广泛研究的主要有三个领域：过渡金属氧化物类，普鲁士蓝及其类似物，聚阴离子类。其中，聚阴离子类化合物因其具有强大的三维开放框架以及高稳定性性能，而受到了广泛的关注。铁基混合磷酸盐钠离子电池具有原料资源丰富、安全性高、循环性能好等优点，是理想的储能电池。这些聚阴离子组合可带来丰富的结构多样性和多种电子氧化还原活性，从而实现可控的氧化还原电压的调节和稳健的电化学性能。kim等人(h.kim,i.park,s.lee,et al.understanding the electrochemical mechanism of thenew iron-based mixed-phosp

技术实现思路

1、本专利技术的目的就是为了提供一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料及其制备和应用，通过在向铁基混合磷酸盐na4fe3(po4)2(p2o7)中引入过量的na2fep2o7,在热处理过程中有利于实现过量的磷酸根po43-向na2fep2o7相的转变，从而有效地消除了非活性的maricite相nafepo4。所制得得材料拥有高度的纯相结构，在容量，充放电性能和长循环稳定性上有了较大的改善，是一种具有广泛发展前景的电极材料。

2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本专利技术的技术方案之一提供了一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)先称取fe(no3)3溶于去离子水中，加入络合剂与碳源，溶解后再加入nah2po4，搅拌至得到澄清溶液；

5、(2)将所得澄清溶液进行喷雾干燥处理，得到前驱体，再至于惰性气氛下热处理，得到na4fe3(po4)2(p2o7)@xna2fep2o7材料，即为目标产物，其中，x的取值范围为0～10％，优选的，x不为0。此处的x表示为正极材料中na2fep2o7成分的含量与na4fe3(po4)2(p2o7)成分的摩尔比值。

6、进一步的，步骤(1)中，fe(no3)3、nah2po4添加量满足：fe、na与p的摩尔比满足na4fe3(po4)2(p2o7)@xna2fep2o7中的化学计量比。

7、进一步的，所述络合剂为草酸。

8、进一步的，所述碳源为葡萄糖。

9、进一步的，步骤(2)中，喷雾干燥的温度为200～240℃，优选的温度为220℃。

10、进一步的，步骤(2)中，所述惰性气氛为氩气。

11、进一步的，步骤(2)中，热处理的温度为480～520℃，优选为500℃，时间为8～12h，优选为10h。

12、进一步的，热处理过程中惰性气体的气流速率为20ml·min-1。

13、进一步的，x的取值优选为5％～10％，最优选为5％。

14、本专利技术在合成中引入了喷雾干燥方法获得前驱体，而相对于固相的前驱体原料，能够将钠源、磷源、铁源以溶液形式混合是最理想的，因为溶液中的各离子是分布最均匀的。因此，引入草酸来络合铁离子，可以避免在引入磷酸盐后形成磷酸铁沉淀，影响前驱体中钠源、磷源、铁源的均匀分布。为后续热处理过程中的固相反应提供良好的条件，因为在分子层次的均匀混合可以减少固相反应中各离子的扩散路径，能够快速形成目标产物。

15、另外，对于通过原料引入的其他的“n，c，h”元素在后续热处理中会逐本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，Fe(NO3)3、NaH2PO4的添加量满足：Fe、Na与P的摩尔比满足Na4Fe3(PO4)2(P2O7)@xNa2FeP2O7中的化学计量比。

3.根据权利要求1所述的一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述络合剂为草酸。

4.根据权利要求1所述的一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源为葡萄糖。

5.根据权利要求1所述的一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，喷雾干燥的温度为200～240℃。

6.根据权利要求1所述的一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛为氩气。

7.根据权利要求1所述的一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，热处理的

8.根据权利要求1所述的一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，x的取值为5％～10％。

9.一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料，其采用如权利要求1-8任一所述的制备方法制备得到。

10.如权利要求9所述的一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料在钠离子电池中的应用。

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【技术特征摘要】

1.一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，fe(no3)3、nah2po4的添加量满足：fe、na与p的摩尔比满足na4fe3(po4)2(p2o7)@xna2fep2o7中的化学计量比。

3.根据权利要求1所述的一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述络合剂为草酸。

4.根据权利要求1所述的一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源为葡萄糖。

5.根据权利要求1所述的一种纯相的铁基混合磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊喜，刘钊璐，曹永杰，任平，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：

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