【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料及其制备方法。
技术介绍
1、常规的钠离子电池正极聚阴离子材料，比如磷酸焦磷酸铁钠(na4fe3(po4)2p2o7@c，简称nfpp材料，存在烧结温度偏低，材料结晶度偏低，材料导电率偏低，电池倍率性能不佳等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料，采用单晶控制、表面包覆碳、多元复合方式进行材料结构设计，实现了材料的高容量、高倍率性能。
2、本专利技术的另外一个目的是提供一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，能显著降低磷酸焦磷酸铁钠材料制备成本；能精准控制活性材料的晶粒尺寸与复合导电碳的组合方式，实现材料的高比能、高倍率性能。
3、实现上述目的一种技术方案是：一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料，单晶颗粒na4fe3(po4)2p2o7的表面包覆导电碳层，所述单晶颗粒na4fe3(po4)2p2o7与导电碳复合构成具有三维导电网络结构的na4fe3(po4)2p2o7@c复合正极材料。
4、上述的一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料，其中，所述单晶颗粒na4fe3(po4)2p2o7的粒径尺寸范围为0.2-0.8μm；
5、所述na4fe3(po4)2p2o7@c复合正极材料的粒径尺寸范围为4-8μm。
6、本专利技术还提供了一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，包括以下步骤：
8、s2，前驱体制备：将得到的[nafe3(po4)2]·p2o7前驱体转入球磨机中，加入水溶液，并加入碳酸钠配平钠，使得磷酸焦磷酸铁钠前驱体中na:fe:p的摩尔比例为4:3:4；然后加入复合碳进行球磨分散；将球磨分散均匀的复合浆料转入喷雾干燥机，进行喷雾造粒干燥，得到前驱体nfpp-1，该前驱体nfpp-1的结构为单晶颗粒na4fe3(po4)2p2o7的晶核表面复合未碳化的有机碳源、晶核之间复合导电碳、晶核与导电碳形成粒径为5-10μm的复合球形颗粒；且单晶颗粒na4fe3(po4)2p2o7的粒径小于1μm；
9、s3，烧结合成：将得到的前驱体nfpp-1进行烧结，使得钠嵌入进原始晶核中形成na4fe3(po4)2p2o7@c活性材料，并将晶核表面有机碳源碳化形成导电碳层，同时将复合导电碳层与晶核高温致密化，形成二次粒径为4-8μm的高导电率的na4fe3(po4)2p2o7@c复合正极材料。
10、上述的一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，步骤s1中，水溶液共沉淀法制备磷酸焦磷酸铁前驱体的具体流程为：
11、s11，配液步骤：将七水硫酸亚铁溶解于去离子水中，得到m1亚铁离子溶液，定义为前驱液a；将磷酸溶于去离子水中，得到m2磷酸根离子溶液，定义为前驱液b；将焦磷酸钠溶于去离子水中，得到m3焦磷酸磷酸根离子溶液，定义为前驱液c；将氢氧化钠溶于去离子水中得到ph调节剂溶液，定义为前驱液d；将双氧水溶液稀释后得到氧化剂，定义为前驱液e；
12、s12，沉淀步骤：将前驱液a转移至反应釜中作为底液；然后进行第一步投料，将前驱液b与前驱液c液分别滴加入反应釜中，同时测试反应釜中反应液的ph，当ph小于4时，再将前驱液e滴加入反应釜中，持续反应，监控反应液的ph，当反应液的ph小于2时，开始滴加入前驱液d，通过滴加前驱液d提高反应液的ph，保障反应釜中反应液的ph在2-4之间，待反应完全形成悬浊液，制成粒径为0.5～1μm的初始晶核；
13、s13，脱水步骤：将反应釜中的悬浊液通过板框式压滤机进行压滤，并采用洗涤溶剂洗涤板框式压滤机的板框内物料多次，得到沉淀物，该沉淀物为磷酸焦磷酸铁前驱体，具体分子结构式为[nafe3(po4)2]·p2o7前驱体。
14、上述的一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其中，通过调节氧化剂加入量与反应液的ph值，使得[nafe3(po4)2]·p2o7前驱体的粒径精准控制在0.5-1μm之间，构成单晶混合前驱体材料，且[nafe3(po4)2]·p2o7前驱体中fe:p的摩尔比例为3:4。
15、上述的一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，步骤s2中，所述复合碳采用有机碳源和/或无机碳源。
16、上述的一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其中，所述复合碳采用柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、peg、沥青和乙炔黑中的至少一种。
17、上述的一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其中，步骤s3中，烧结条件是升温速率为1-10℃/min，保温温度为520-620℃，保温时间为6-12h。
18、采用本专利技术的高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料及其制备方法的技术方案，通过共沉淀特殊方式制备了需要的尺寸晶核前驱体，且通过控制计量比，氧化剂含量与ph来控制沉淀前驱体[nafe3(po4)2]·p2o7的fe/p比例与晶粒尺寸；继续将该前驱体为模板晶核进行二次混合补充钠源与复合碳源，进行喷雾干燥得到前驱体nfpp-1，该前驱体nfpp-1是一种球形的三维结构，该结构为晶核表面复合未碳化的有机碳源，晶核之间复合导电碳，晶核与导电碳形成5-10μm复合球形颗粒；再将前驱体nfpp-1进行烧结，将钠嵌入进原始晶核中形成na4fe3(po4)2p2o7@c活性材料，并将晶核表面有机碳源碳化形成导电碳层，同时将复合导电碳层与晶核高温致密化，形成二次粒径为4-8μm的高导电率的na4fe3(po4)2p2o7@c复合正极材料；能显著降低磷酸焦磷酸铁钠材料制备成本；能精准控制活性材料的晶粒尺寸与复合导电碳的组合方式，实现材料的高比能、高倍率性能。
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1.一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，单晶颗粒Na4Fe3(PO4)2P2O7的表面包覆导电碳层，所述单晶颗粒Na4Fe3(PO4)2P2O7与导电碳复合构成具有三维导电网络结构的Na4Fe3(PO4)2P2O7@C复合正极材料。
2.如权利要求1所述的一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，所述单晶颗粒Na4Fe3(PO4)2P2O7的粒径尺寸范围为0.2-0.8μm；
3.一种如权利要求1所述的高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，水溶液共沉淀法制备磷酸焦磷酸铁前驱体的具体流程为：
5.如权利要求4所述的一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，通过调节氧化剂加入量与反应液的PH值，使得[NaFe3(PO4)2]·P2O7前驱体的粒径精准控制在0.5-1μm之间，构成单晶混合前驱体材料，且[NaFe3(PO4)2]·P2O7前驱体中Fe:P的摩尔比例为3:4。
6.如权利要求3所述的一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述复合碳采用有机碳源和/或无机碳源。
7.如权利要求6所述的一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述复合碳采用柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、PEG、沥青和乙炔黑中的至少一种。
8.如权利要求3所述的一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，烧结条件是升温速率为1-10℃/min，保温温度为520-620℃，保温时间为6-12h。
...【技术特征摘要】
1.一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，单晶颗粒na4fe3(po4)2p2o7的表面包覆导电碳层，所述单晶颗粒na4fe3(po4)2p2o7与导电碳复合构成具有三维导电网络结构的na4fe3(po4)2p2o7@c复合正极材料。
2.如权利要求1所述的一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，所述单晶颗粒na4fe3(po4)2p2o7的粒径尺寸范围为0.2-0.8μm；
3.一种如权利要求1所述的高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，水溶液共沉淀法制备磷酸焦磷酸铁前驱体的具体流程为：
5.如权利要求4所述的一种高电导率的混合焦磷酸铁钠正极材料...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯肖瑞，田剑莉亚，李昆，
申请(专利权)人：贲安能源科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：
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