一种NASICON型钠快离子导体材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种NASICON型钠快离子导体材料，该钠快离子导体材料的化学式为NaFe2PO4(MoO4)2，属于单斜晶系，空间群P2/c，单胞参数为：β＝91.204

【技术实现步骤摘要】
一种NASICON型钠快离子导体材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，具体涉及一种NASICON型钠快离子导体材料、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]电化学储能相较传统的其他储能方式(诸如电磁储能、物理储能)更高效、安全，尤其二次电池作为一种便携式电化学电源，已被广泛运用于人们生产生活中。较常见的二次电池有铅酸、钠硫、镍镉以及锂离子等电池。其中锂离子电池因具备高的能量密度和工作电压、循环寿命较长、安全又环保，由于其优异的脱嵌性早在90年代就开始大规模地工业化发展。
[0003]随着锂离子电池需求量的不断增加，锂资源的有限性导致其价格的不断攀升，逐渐成为人们亟待解决的主要问题。与锂相比，钠价格低，实验室钠半电池的负极常选用金属钠。并且，与锂离子三元阴极材料相比，钠离子电池所用的铁锰基阴极材料成本也将降低一半，而且更安全，所以研发新型钠离子电池成为解决锂资源短缺和环境问题的潜在途径。在对体积和质量要求不高的大规模储能器件上，钠离子电池更能发挥其优势，有望发展成新一代储能设备。
[0004]在众多钠离子电池正极材料中，钠快离子导体型(NASICON)材料以其高离子迁移率和高结构稳定性脱颖而出。诸如NaSn2(PO4)3，Na3V2(PO4)3，Na
1+x
Zr2Si
x
P3–
x
O
12
，NaFe2(SO4)2PO4。NASICON型材料的结构单元是由MO6(M为过渡金属)八面体和XO4(PO
>43
‑
，SO
42
‑
，SiO
44
‑
等阴离子根)四面体通过共定点或共边的形式连接而成。其聚阴离子基团通过M
‑
O
‑
X键更加稳定了材料的三维框架结构，为Na+离子的脱嵌提供更稳定的通道，成为近几年钠离子电池正极材料的研究热点。然而，由于传统XO4阴离子根无法传导自由电子，会成为过渡金属元素之间传导电子的阻碍，导致NASICON型材料的本征导电性普遍较差。因此如何改善NASICON型材料的本征导电性成为人们所关注的热点。

技术实现思路

[0005]针对以上技术需求，本专利技术提出了一种NASICON型钠快离子导体材料、制备方法及应用，改善现有的NASICON型材料的本征导电性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0007]一种NASICON型钠快离子导体材料，该钠快离子导体材料的化学式为NaFe2PO4(MoO4)2，属于单斜晶系，空间群P2/c，单胞参数为：，属于单斜晶系，空间群P2/c，单胞参数为：β＝91.204
°
。
[0008]优选的，所述钠快离子导体材料为粉末状，粒径为300～500nm。
[0009]本专利技术还公开了上述NASICON型钠快离子导体材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1，将含钠化合物、含铁化合物、含磷化合物和含钼化合物按照摩尔比为1:2:1:2混合溶解，得到混合液；
[0011]步骤2，将步骤1所得溶液烘干得干凝胶；
[0012]步骤3，将所得干凝胶在200～300℃预烧结1～2h，烧结物冷却、研磨后预产物；
[0013]步骤4，将预产物在550～650℃烧结12～48h，得NaFe2PO4(MoO4)2材料。
[0014]优选的，所述含钠化合物为NaNO3或Na2CO3；所述含铁化合物为Fe(NO3)3·
9H2O或醋酸铁；所述含磷化合物为NH4H2PO4或NH2H1PO4；所述含钼化合物为(NH4)6Mo7O
24
·
4H2O。
[0015]可选的，所述步骤1中四种化合物的混合过程为：将含钠化合物、含铁化合物溶解于去离子水中获得溶液A，将含磷化合物和含钼化合物溶解于去离子水中获得溶液B，将溶液B缓慢滴加至不断搅拌的溶液A中，获得混合液。
[0016]可选的，所述步骤1中四种化合物的混合过程为：将含钠化合物、含磷化合物和含钼化合物溶解于去离子水中获得三种化合物的混合液，将含铁化合物溶解于去离子水中得到含铁化合物溶液，将含铁化合物溶液缓慢滴加至三种化合物的混合液中，得到混合液。
[0017]优选的，所述滴加速度为1～2滴/秒。
[0018]优选的，所述步骤2的烘干温度为60～80℃。
[0019]优选的，所述步骤4的烧结过程为：将预产物在550～650℃烧结t1小时，烧结物冷却研磨后再在550～650℃烧结t2小时，t1与t2之和为12～48h。
[0020]本专利技术还公开了上述NASICON型钠快离子导体材料用于制备电池电极材料的应用。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022](1)本专利技术制备了一种新的钠快离子导体材料NaFe2PO4(MoO4)2，增加了钠快离子导体材料的种类，而且该新材料具有较高的电导率，室温下的电导率为8.334
×
10
‑8S/cm；
[0023](2)本专利技术的制备方法反应温度低，消耗能源少，制备设备要求简单。
附图说明
[0024]图1是实施例1制备的粉末样品的形貌图。
[0025]图2是实施例1制备的粉末样品的X射线衍射图(Cu靶)。
[0026]图3是实施例1制备的粉末样品的晶体结构图。
[0027]图4是实施例1制备的粉末样品作为钠离子电池正极材料组装成半电池后在0.1C电流下循环80圈的循环性能图。
[0028]图5是实施例1制备的粉末样品作为钠离子电池正极材料组装成半电池后在0.1/0.2/0.5/1/2C倍率下分别循环5圈的倍率性能图。
[0029]图6是实施例1制备的粉末样品作为钠离子电池正极材料组装成半电池后在0.25/0.5/1mV/s扫速下的循环伏安图。
[0030]图7是对比例1制备的粉末样品的形貌图。
[0031]图8是对比例1制备的粉末样品钠离子电池正极材料组装成半电池后在0.1/0.2/0.5/1/2C倍率下分别循环5圈的倍率性能图。
具体实施方式
[0032]本专利技术的NASICON型钠快离子导体材料的化学式为NaFe2PO4(MoO4)2，属于单斜晶系，空间群P2/c，单胞参数为：系，空间群P2/c，单胞参数为：β＝
91.204
°
。该钠快离子导体材料一般为粉末状，粒径为300～500nm。
[0033]在本专利技术公开的NASICON型钠快离子导体材料的制备方法中，步骤1的含钠化合物、含铁化合物、含磷化合物和含钼化合物的混合溶解过程可采用以下两种方式中的任一种，主要是避免含铁化合物与含磷化合物或含钼化合物快速混合产生沉淀。
[0034]方式一，将含钠化合物、含铁化合物溶解于去离子水中获得溶液A，将含磷化合物和含钼化合物溶解于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NASICON型钠快离子导体材料，其特征在于，该钠快离子导体材料的化学式为NaFe2PO4(MoO4)2，属于单斜晶系，空间群P2/c，单胞参数为：β＝91.204
°
。2.如权利要求1所述的NASICON型钠快离子导体材料，其特征在于，所述钠快离子导体材料为粉末状，粒径为300～500nm。3.权利要求1所述的NASICON型钠快离子导体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将含钠化合物、含铁化合物、含磷化合物和含钼化合物按照摩尔比为1:2:1:2混合溶解，得到混合液；步骤2，将步骤1所得溶液烘干得干凝胶；步骤3，将所得干凝胶在200～300℃预烧结1～2h，烧结物冷却、研磨后预产物；步骤4，将预产物在550～650℃烧结12～48h，得NaFe2PO4(MoO4)2材料。4.权利要求3所述的NASICON型钠快离子导体材料的制备方法，其特征在于，所述含钠化合物为NaNO3或Na2CO3；所述含铁化合物为Fe(NO3)3·
9H2O或醋酸铁；所述含磷化合物为NH4H2PO4或NH2H1PO4；所述含钼化合物为(NH4)6Mo7O
24
·
4H2O。5.权利要求3所述的NASICON型钠快离子导体材料的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭平，吴耘，高建华，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：