【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电池材料，尤其涉及一种磷酸焦磷酸铁钠复合材料的制备方法及其所得材料和应用。
技术介绍
1、高效的储能技术是利用可持续能源的前提。近几十年来，锂离子电池的出现极大地促进了便携式电子设备和电动汽车的发展，但供需差距仍然很大，特别是在大规模储能方面。钠离子电池具有丰富的钠资源和与锂离子电池反应模式相似的特点，被认为是锂离子电池很有前景的替代品。聚阴离子化合物因其独特的开放框架结构、优异的热稳定性、合成简单且成本低等特点成为钠离子电池正极的理想材料。
2、铁基磷酸盐材料(ibp)由资源丰富且成本低廉的na-fe-p-o体系组成，因其独特的稳定结构和较高的工作平台而备受关注。此外，在该材料在循环过程中发生的结构变化促进了优异的速率性能和循环稳定性。但其固有的低电子和离子导电性，限制了其进一步的应用。碳包覆是提高材料电子及离子导电性的一个重要手段，但碳源会在热处理过程中产生二氧化碳，使得材料内部出现较多的气孔，导致压实密度降低；另外，碳包覆的提高也会导致材料首次充放电效率降低。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种高压实、高首效的磷酸焦磷酸铁钠复合材料的制备方法；本专利技术的另一目的是提供由该方法制备得到的磷酸焦磷酸铁钠复合材料；本专利技术还有一个目的是提供该磷酸焦磷酸铁钠复合材料在钠离子电池中的应用。
2、技术方案：本专利技术所述的磷酸焦磷酸铁钠复合材料的制备方法，包括以下步骤：
3、(1)将钠源、铁源、磷源、络合剂
4、(2)在所述混合液中加入含氨基的高分子聚合物，进行砂磨处理后得到含磷酸铁的沙磨料，所述磷酸铁粒径为0.2-0.4μm；
5、(3)将所述沙磨料进行喷雾干燥，得到前驱体；
6、(4)将所述前驱体煅烧，得到钠电正极材料即磷酸焦磷酸铁钠复合材料。
7、优选的，所述步骤(2)中含氨基的高分子聚合物为壳聚糖、聚乙烯聚胺、聚丙烯酰胺中的至少一种。
8、优选的，所述步骤(1)中钠源、铁源、磷源按照na:fe:p＝4：2.8-3.3：3.8-4.3的比例配比。
9、优选的，步骤(1)中所述络合剂按照铁源中铁元素与络合剂的摩尔比为3-6：1混合。
10、优选的，步骤(2)中所述含氨基的高分子聚合物按照步骤(1)中所述络合剂与其的质量比为10-50：1混合。
11、优选的，所述步骤(1)中钠源为碳酸钠、焦磷酸钠、柠檬酸钠、磷酸三钠中的至少一种；铁源为草酸亚铁、硝酸铁、磷酸铁中的至少一种；磷源为磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸铁中的至少一种；络合剂为草酸、柠檬酸中的至少一种。
12、优选的，步骤(1)中所述钠源、铁源、磷源、络合剂以300-800r/min的搅拌速度混合。
13、优选的，步骤(2)中砂磨机的转速为1000-2000r/min。
14、优选的，步骤(3)中所述喷雾干燥装置的出口温度为70-90℃。
15、优选的，步骤(4)中所述煅烧时间为10-15h。
16、优选的，步骤(4)中所述煅烧在450-550℃氮气或氩气的保护气氛下进行。
17、本专利技术所述的制备方法制得的磷酸焦磷酸铁钠复合材料。
18、优选的，所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料为球形中空结构，以铁源为中心，包覆层为碳材料。
19、优选的，所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料粒径大小为2-10μm。
20、本专利技术所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料在钠离子电池中的应用。
21、专利技术原理：本专利技术通过络合剂与铁源发生络合反应，通过砂磨处理以达到均匀分布的作用，又使用含氨基的高分子聚合物，这一类聚合物中的氨基可以和使用到的络合剂中的羧基发生布洛赫反应，反应机理是它把一个氨基和一个羧基缩合在一起，合成一个新的双键化合物。在这一过程中，氨基将一个氢原子贡献给羧基，同时羧基将一个质子贡献给氨基，从而形成一个新的酰胺衍生物。前驱体经过煅烧处理后，在磷酸焦磷酸铁钠表面实现一层碳包覆，草酸或柠檬酸受热分解产生二氧化碳会导致材料内部多气孔，使得压实密度降低，而含氨基的有机高分子的添加对这些气孔有一定的填补作用，使得压实密度提高。另外，残碳量低的高分子聚合物的使用可以降低络合剂的使用量，使得碳含量降低；此外通过含氧官能团的消耗，得到高质量的碳，降低副反应，从而达到高首效的目的。
22、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
23、1、本专利技术通过添加微量的含氨基的高分子聚合物，提高了材料的压实密度；同时在添加微量的低残碳量的高分子聚合物的基础上，降低碳源用量，提高了烧结料的均一性，通过含氧官能团的消耗，得到高质量的碳，降低副反应，从而达到高首效的目的；所合成的磷酸焦磷酸铁钠复合材料与金属钠片组装成电池，以0.1c倍率充放电，可逆比容量达到112mah/g，且表现出优秀的循环及倍率稳定性；在-20℃下进行低温性能测试，0.1c比率下放电比容量依旧可以达到94mah/g，保持了常温下84％的容量。
24、2、本专利技术制备磷酸焦磷酸铁钠的方法，原料易得，成本较低，产物配方容易控制，合成的产物纯度高，电化学性能优良，比一般的溶胶凝胶法更加适宜大规模工业生产，更具有商业价值。
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1.一种磷酸焦磷酸铁钠复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中含氨基的高分子聚合物为壳聚糖、聚乙烯聚胺、聚丙烯酰胺中的至少一种。
3.根据权利要求1所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钠源、铁源、磷源按照Na:Fe:P＝4：2.8-3.3：3.8-4.3的比例配比。
4.根据权利要求1所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述络合剂按照铁源中铁元素与络合剂的摩尔比为3-6：1混合。
5.根据权利要求1所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述含氨基的高分子聚合物按照步骤(1)中所述络合剂与其的质量比为10-50：1混合。
6.根据权利要求1所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钠源为碳酸钠、焦磷酸钠、柠檬酸钠、磷酸三钠中的至少一种；铁源为草酸亚铁、硝酸铁、磷酸铁中的至少一种；磷源为磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸铁中的至少一种；络
7.权利要求1～6任一项所述的制备方法制得的磷酸焦磷酸铁钠复合材料。
8.根据权利要求7所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料，其特征在于，所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料为球形中空结构，以铁源为中心，包覆层为碳材料。
9.根据权利要求7所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料，其特征在于，所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料粒径大小为2-10μm。
10.一种权利要求7所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料在钠离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种磷酸焦磷酸铁钠复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中含氨基的高分子聚合物为壳聚糖、聚乙烯聚胺、聚丙烯酰胺中的至少一种。
3.根据权利要求1所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钠源、铁源、磷源按照na:fe:p＝4：2.8-3.3：3.8-4.3的比例配比。
4.根据权利要求1所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述络合剂按照铁源中铁元素与络合剂的摩尔比为3-6：1混合。
5.根据权利要求1所述磷酸焦磷酸铁钠复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述含氨基的高分子聚合物按照步骤(1)中所述络合剂与其的质量比为10...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥丽，秦德才，沈锐，张成，李肖飞，沙金，史莹飞，石俊峰，
申请(专利权)人：四川锂源新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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