一种Na制造技术

本发明专利技术公开了一种Na

【技术实现步骤摘要】
一种Na
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Fe3‑
0.5x
(SO4)3@C正极材料的制备方法和应用


[0001]本专利技术属于新能源材料
，具体涉及一种Na
x
Fe3‑
0.5x
(SO4)3@C正极材料的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钠离子电池作为锂离子电池的补充，有望在低速电动车、通讯基站、大规模储能等领域应用。正极材料作为钠离子电池的关键组份，影响了钠离子电池的成本、能量密度、循环寿命等。目前主流的钠离子电池正极材料有氧化物、聚阴离子型化合物和普鲁士蓝类似物三大类，聚阴离子型硫酸盐化合物的结构可用通式A
x
MM
′
(SO4)
m
Y
n
表示。其中，A表示碱金属离子，如Li，Na，K等；M或M
′
表示过渡金属离子，如Fe，V，Mn，Co和Cr等；Y表示阴离子，如F，PO4和OH等。对于单阴离子的硫酸盐化合物，一般由M/M
′
O6八面体和SO4四面体通过共点、共边或共面的方式连接形成三维结构框架，碱金属离子分布在框架的间隙中，可以全部或部分在框架中移动。对于双阴离子硫酸盐化合物，其结构中MX6(X为F或者O)会与PO4等阴离子形成共价单元后再与SO4四面体连接形成三维框架。单阴离子硫酸盐化合物结构稳定，Na脱嵌过程中体积变化小，离子扩散的活化能低，具有可通过调节过渡金属离子所处环境来调控电位等优点。并且，硫酸根具有强诱导效应，易得到高电位材料，是一种很有发展潜力的正极材料。
[0003]Na2Fe2(SO4)3属于单阴离子型硫酸盐正极。现有技术中报道了一种alluaudite型结构的Na2Fe2(SO4)3材料。该材料中具有两种Fe离子位点的FeO6八面体共边形成了Fe2O
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二聚体，这些二聚体依次与SO4四面体连结，形成了具有3种Na位点的三维开放框架。目前制备Na2Fe2(SO4)3正极的方法有固相合成法、共沉淀法等。传统的固相法煅烧时间长、热能利用率低、颗粒加热不均匀而且易出现杂质相。共沉淀法虽然前驱体溶液化学均匀性好，产品粒度小，但该法设备工艺复杂，产生的废水废气处理困难，合成周期长，工业化生产难度较大。
[0004]因此，解决目前聚阴离子型硫酸盐化合物正极材料的制备工艺复杂的问题是当务之急。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种Na
x
Fe3‑
0.5x
(SO4)3@C正极材料的制备方法，制备得到Na
x
Fe3‑
0.5x
(SO4)3@C正极材料具有纯度高、导电性好、结构稳定、可逆容量高、库伦效率高、循环性能好等优点，本专利技术提供的制备方法节能环保高效，操作简单、对设备要求低，原材料丰富、成本低廉，适用于大规模工业化生产。
[0006]本专利技术的第二个方面提供了一种所述制备方法得到的正极材料在正极极片中的应用。
[0007]本专利技术的第三个方面提供了一种正极极片在钠离子电池中的应用。
[0008]根据本专利技术的第一方面实施例的一种Na
x
Fe3‑
0.5x
(SO4)3@C正极材料的制备方法，包
括将活性材料的原料和导电碳材料混合后微波加热；
[0009]所述活性材料的原料包括硫酸钠和硫酸亚铁；
[0010]所述导电碳材料占所述活性材料的原料的比重为1～40wt％；
[0011]所述混合的方法包括球磨。
[0012]根据本专利技术实施例的一种Na
x
Fe3‑
0.5x
(SO4)3@C正极材料的制备方法，至少具有以下有益效果：
[0013]1.本专利技术采用导电碳材料和活性材料共同球磨的方法，简化了工艺，降低了成本。导电碳材料的加入为活性材料提供了较大的接触面积，有利于活性材料的均匀分散。活性材料和导电碳材料混合后经过微波加热，形成了碳包覆聚阴离子型硫酸盐正极材料，其中导电碳材料与活性材料形成的异质界面促进了活性材料结晶度的提高，稳定了材料结构。导电碳材料充当活性材料的颗粒之间电子传递的桥梁，改善了活性材料自身导电性差的缺陷。
[0014]2.本专利技术采用微波加热合成正极材料的方法，可大大缩短合成时间，实现均匀加热，且加热无滞后效应。采用该法制备的Na
x
Fe3‑
0.5x
(SO4)3@C正极材料具有纯度高、导电性好、结构稳定、可逆容量高、库伦效率高、循环性能好等优点。本专利技术提供的制备方法节能环保高效，操作简单、对设备要求低，原材料丰富、成本低廉，适用于大规模工业化生产。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述导电碳材料占所述活性材料的原料的比重为5～10wt％。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述导电碳材料占所述活性材料的原料的比重为7.5wt％。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述硫酸钠与硫酸亚铁的摩尔比为0.5x:(3
‑
0.5x)，其中x的取值范围为0＜x＜6。
[0018]根据本专利技术的一些优选地实施例，所述硫酸钠与硫酸亚铁的摩尔比为0.5x:(3
‑
0.5x)，其中x为2。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述球磨包括湿法球磨和干法球磨。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述球磨的转速为100～1000r/min。
[0021]根据本专利技术的一些优选地实施例，所述球磨的转速为500～1000r/min。
[0022]根据本专利技术的一些优选地实施例，所述球磨的转速为500r/min。
[0023]根据本专利技术的一些实施例，所述球磨的时间为1～600min。
[0024]根据本专利技术的一些实施例，所述球磨的时间为120～600min。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述球磨的时间为120min。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，所述湿法球磨的溶剂包括甲醇、无水乙醇、丙酮、乙二醇和吡啶中的至少一种。
[0027]根据本专利技术的一些实施例，所述湿法球磨的溶剂包括无水乙醇。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，所述湿法球磨后还包括干燥。
[0029]根据本专利技术的一些实施例，所述干燥的温度为50～200℃。
[0030]根据本专利技术的一些实施例，所述干燥的温度为80～200℃。
[0031]根据本专利技术的一些实施例，所述干燥的温度为80℃。
[0032]根据本专利技术的一些实施例，所述干法球磨的方法包括在惰性气氛下进行球磨。
[0033]根据本专利技术的一些实施例，所述惰性气氛包括氮气、氩气和氢气中的至少一种。
[0034]根据本专利技术的一些实施例，所述微波加热的温度为300～400℃；所述微波加热的时间为1～120min。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Na
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Fe3‑
0.5x
(SO4)3@C正极材料的制备方法，其特征在于，包括将活性材料的原料和导电碳材料混合后微波加热；所述活性材料的原料包括硫酸钠和硫酸亚铁；所述导电碳材料占所述活性材料的原料的比重为1～40wt％；所述混合的方法包括球磨。2.根据权利要求1所述的Na
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Fe3‑
0.5x
(SO4)3@C正极材料的制备方法，其特征在于，所述硫酸钠与所述硫酸亚铁的摩尔比为0.5x:(3
‑
0.5x)，其中x的取值范围为0＜x＜6。3.根据权利要求1所述的Na
x
Fe3‑
0.5x
(SO4)3@C正极材料的制备方法，其特征在于，所述球磨包括湿法球磨和干法球磨。4.根据权利要求3所述的Na
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Fe3‑
0.5x
(SO4)3@C正极材料的制备方法，其特征在于，所述湿法球磨的溶剂包括甲醇、无水乙醇、丙酮、乙二醇和吡啶中的至少一种；优选地，所述湿法球磨后还包括干燥；优选地，所述干燥的温度为50～200℃。5.根据权利要求3所述的Na
x
Fe3‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：姚文娇，郑晓，李新科，唐永炳，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：