本发明专利技术涉及一种利用微波法合成钠离子电池正极材料NaFePO4的方法，将钠源化合物、铁源化合物、H3PO4按比例计量，在H3PO4中加入纯净水配制成磷酸溶液；在磷酸溶液中加入一定量的柠檬酸和葡萄糖，搅拌均匀；将钠源化合物加入柠檬酸、葡萄糖的磷酸溶液中，然后加入铁源化合物，得到膏状混合物；将膏状混合物经球磨陈化，经微波干燥处理得到前驱体；再将前驱体粉碎球磨，经微波烧结，自然冷却后得到NaFePO4。本发明专利技术采用固液结合原料，干燥后前驱体经二次研磨，使原料混合得更加均匀。利用微波加热可精确控制，反应完全，烧结过程中无需惰性气体保护，设备要求低，生产中无有害气体产生，无污染，有利于环保。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电池正极活性材料，特别是涉及一种利用微波法合成钠离子电池正极材料NaFePO4的方法。
技术介绍
近年来，随着电子设备、电动工具、小功率电动汽车等迅猛发展，电池的应用越来越普遍，研究高能效、资源丰富及环境友好的电池是人类社会实现可持续性发展的必要条件。目前，锂离子电池是发展前景最为明朗的高能电池体系，但随着数码、交通等产业对锂离子电池依赖加剧，有限的锂资源必将面临短缺问题。钠离子电池的研究开发在一定程度上可缓和因锂资源短缺引发的电池发展受限问题。钠离子电池与锂离子电池相比有三大突出优势：①原料资源丰富，成本低廉，分布广泛；②钠离子电池的半电池电势较锂离子电势高 0.3～0.4 V，即能利用分解电势更低的电解质溶剂及电解质盐，电解质的选择范围更宽；③钠电池有相对稳定的电化学性能，使用更加安全。在钠离子电池正极材料中，磷酸盐材料由于具有高电压性能和热稳定性，很可能成为钠离子电池最优的正极材料。目前制备NaFePO4材料的方法有固相合成法、共沉淀法等。但固相法合成时间长，热能利用率低，颗粒不均匀而且易出现杂质相。共沉淀法的优点是：前驱体溶液化学均匀性好(可达分子级水平)，粉体处理性能好，反应过程易于控制，但是其设备、工艺复杂, 产生的废水废气难于处理，工业化生产难度较大，合成周期较长。微波加热过程是物体通过吸收电磁能发生的自加热过程,是一种体加热方式。由于微波能直接被样品吸收,所以在短时间内样品可以被均匀快速加热。其优点是：节能，加热速度快，无污染，样品晶粒细化、结构均匀，可以精确控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是：克服现有技术中钠离子电池正极材料的工艺复杂、工业化难度大、合成周期较长、成本高、性能差等缺点，提供一种反应快、工艺简单、成本低、可广泛用于工业化生产的钠离子电池正极材料NaFePO4的制备方法，且制得的正极材料具有充放电容量高、循环性能好等优点。本专利技术的技术方案：一种微波法合成钠离子电池正极材料NaFePO4的方法，包括以下步骤：1）将钠源化合物、铁源化合物、H3PO4按Na、Fe、P的摩尔比为1：0.95～0.98：0.96～0.98的比例分别计量，在H3PO4中加入纯净水，配制成70～75%的磷酸溶液；然后在磷酸溶液中加入其重量5～10%的柠檬酸和5～10%的葡萄糖，搅拌均匀，制备出柠檬酸、葡萄糖的磷酸水溶液；2）将钠源化合物缓慢加入到所述的柠檬酸、葡萄糖的磷酸水溶液中，搅拌均匀，然后再缓慢加入铁源化合物，搅拌均匀，得到膏状混合物；3）将膏状混合物置于球磨机中，球磨5～6小时，置于非金属器皿中陈化10～15小时，放入微波炉中经微波干燥处理，自然冷却后得到前驱体；4）将前驱体粉碎后置于球磨机中，球磨5～6小时，然后置于非金属器皿中，放入微波炉中经微波烧结处理，自然冷却后得到NaFePO4。所述钠源化合物为Na2CO3、NaHCO3或NaOH，铁源化合物为Fe2O3或Fe3O4；所述钠源化合物和铁源化合物的粒度为190～220目。所述微波干燥是利用微波以每分钟3～8度的速率升温至200～230℃，并在此温度下保持15～25分钟。所述微波烧结是利用微波以每分钟5～10度的速率升温至580～640℃，并在此温度下保持15～25分钟。所述非金属器皿中为碳化硅坩埚、石墨坩埚、玻璃坩埚或纸质坩埚；所述微波炉为密闭结构，微波功率为20～25KW。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术前期原料混合采用固液结合的原料，同时加入纯净水进行混合形成膏状前驱体，可以使前期原料混合得更加均匀，有利于充分反应，反应更加均匀。（2）本专利技术采用分别在原料混合、制备前驱体后二次研磨，使得前驱体的形成更加均匀。（3）本专利技术采用微波加热，微波能直接被物料吸收,所以在短时间内样品可以被均匀快速加热，使得物料晶粒细化、结构均匀，可以精确控制。（4）采用微波干燥处理和微波烧结分两步进行，使得合成反应更加完全。（5）本专利技术在烧结过程中不用惰性气体保护，降低了工艺对设备的要求，有利于生产；在烧结过程不会产生有害气体，无污染，非常有利于环保。本专利技术的产品按下述工艺制作正极片，以检测产品的性能。首先将PVDF和NMP进行混合，配置成8％的溶液，采用高速分散机混合，公转使用35转/分的速度，自转使用1500转/分的速度搅拌1小时，加入导电碳材料，提高自转速度至2000转/分，搅拌1小时；加入NaFePO4，自转使用2000转/分以上的速度搅拌3小时，再加入溶剂NMP调整溶液的粘度；最终溶液的比例如下：NaFePO4：导电碳：PVDF+NMP＝80:10:10。在铝箔上涂成厚度为100微米的均匀膜，放于80℃的烘箱中干燥8h，然后置于120℃的烘箱中真空干燥12h，用压片机在15MPa下压片，制成正极片。取直径为13mm的小片为正极片，称量其质量，以Na金属片为负极，以1 mol/L NaClO4/ ( PC + FEC) ( 体积比为 98 ∶ 2)为电解质，采用Celgard2400微孔聚丙烯膜为隔膜，在氩气保护的手套箱中装配成扣式电池。将装好的电池在蓝电（LND）电池测试仪上进行电化学性能测试。在2.0～4.3V的电压范围内，在室温下以20 mA/g的恒定电流进行充放电，测定材料的充放电容量。试验表明，材料的首次放电容量为120.7～125.8mAh/g，50次循环后为110.3～115.6mAh/g，表现出良好的循环性能。附图说明图1：为本专利技术的产品NaFePO4 经600℃微波热处理的扫描电镜图。从图1可以看出，试样颗粒细小，颗粒分布较均匀，最大颗粒为10μm左右，说明得到的产品粒径细小并且均匀，产品品质好。图2：为本专利技术的产品NaFePO4经600℃微波热处理的XRD图。从样品的X射线衍射谱可以发现，衍射峰对应d值与标准的衍射卡JCPDS 74-0375中的谱线一致，表明所得产品具有橄榄石晶型结构，属于正交晶系的空间群。具体实施方式实施例一：一种微波法合成钠离子电池正极材料NaFePO4的方法，包括以下步骤：1）将钠源化合物、铁源化合物、H3PO4按Na、Fe、P的摩尔比为1：0.95～0.98：0.96～0.98的比例分别计量，在H3PO4中加入纯净水，配制成70～75%的磷酸溶液；然后在磷酸溶液中加入其重量5～10%的柠檬酸和5～10%的葡萄糖，搅拌均匀，制备出柠檬酸、葡萄糖的磷酸水溶液；2）将钠源化合物缓慢加入到所述的柠檬酸、葡萄糖的磷酸水溶液中，搅拌均匀，然后再缓慢加入铁源化合物，搅拌均匀，得到膏状混合物；3）将膏状混合物置于球磨机中，球磨5～6小时，置于非金属器皿中陈化10～15小时，放入功率为20～25KW的微波炉中干燥，利用微波以每分钟3～8度的速率升温至200～230℃，并在此温度下保持15～25分钟，自然冷却后得到前驱体；4）将前驱体粉碎后置入球磨机中，球磨5～6小时，然后置于非金属器皿中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微波法合成钠离子电池正极材料NaFePO4的方法，其特征是：该方法包括以下步骤：1）将钠源化合物、铁源化合物、H3PO4按Na、Fe、P的摩尔比为1：0.95～0.98：0.96～0.98的比例分别计量，在H3PO4中加入纯净水，配制成70～75%的磷酸溶液；然后在磷酸溶液中加入其重量5～10%的柠檬酸和5～10%的葡萄糖，搅拌均匀，制备出柠檬酸、葡萄糖的磷酸水溶液；2）将钠源化合物缓慢加入到所述的柠檬酸、葡萄糖的磷酸水溶液中，搅拌均匀，然后再缓慢加入铁源化合物，搅拌均匀，得到膏状混合物；3）将膏状混合物置于球磨机中，球磨5～6小时，置于非金属器皿中陈化10～15小时，放入微波炉中经微波干燥处理，自然冷却后得到前驱体；4）将前驱体粉碎后置于球磨机中，球磨5～6小时，然后置于非金属器皿中，放入微波炉中经微波烧结处理，自然冷却后得到NaFePO4。
【技术特征摘要】
1.一种微波法合成钠离子电池正极材料NaFePO4的方法，其特征是：该方法包括以下步骤：
1）将钠源化合物、铁源化合物、H3PO4按Na、Fe、P的摩尔比为1：0.95～0.98：0.96～0.98的比例分别计量，在H3PO4中加入纯净水，配制成70～75%的磷酸溶液；然后在磷酸溶液中加入其重量5～10%的柠檬酸和5～10%的葡萄糖，搅拌均匀，制备出柠檬酸、葡萄糖的磷酸水溶液；
2）将钠源化合物缓慢加入到所述的柠檬酸、葡萄糖的磷酸水溶液中，搅拌均匀，然后再缓慢加入铁源化合物，搅拌均匀，得到膏状混合物；
3）将膏状混合物置于球磨机中，球磨5～6小时，置于非金属器皿中陈化10～15小时，放入微波炉中经微波干燥处理，自然冷却后得到前驱体；
4）将前驱体粉碎后置于球磨机中，球磨5～6小时，然后置于非金属器皿中，放入微波炉中经微波烧结处理，自然冷却后得到NaFePO4。
2.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘新保，贾晓林，蔡俊明，刘宇飞，陈晨，
申请(专利权)人：郑州德朗能微波技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。