【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种磷酸焦磷酸铁钠的制备方法及其在钠离子电池中的应用，属于电池。
技术介绍
1、随着全球规模化储能需求的不断扩展，地球上锂资源短缺将成为制约锂离子电池未来大规模应用的瓶颈。钠元素与锂元素处于同一主族，其化学性质与锂元素相似，且占地壳丰度2.64％(远高于锂元素的0.006％)，因此开发资源丰富、环境友好的钠离子电池技术具有重要的意义。然而，钠离子电池领域还有很多技术难题需要克服，尤其是如何开发低成本高性能的正极材料。在众多正极材料体系中，铁基体系的材料由于其原料易得、来源广泛、绿色环保等明显优势被认为是最具有商业前景的钠离子电池正极材料体系。但是，具有与lifepo4类似化学组成的单磷酸根磷酸铁钠nafepo4材料由于以稳定的磷钠铁矿结构存在，结构中没有通畅的钠离子通道，不具备电化学活性。而双阴离子型的磷酸焦磷酸铁钠na4fe3(po4)2p2o7结构中具有开放的钠离子扩散通道，工作电压适中，成为具有应用前景的廉价铁基聚阴离子型正极材料。
2、钠离子电池正极聚阴离子材料磷酸焦磷酸铁钠合成过程主要合成方法为铁源、磷酸根与钠源混合均匀进行高温固相烧结合成，烧结过程直接采用三价铁源为原材料烧结需要高温碳还原三价铁为二价铁，铁还原与磷酸根转化为焦磷酸根相转换温度不一致，存在转换比例不稳定，材料存在杂相多，材料烧结容量不稳定、容量不佳等，且合成过程步骤复杂，烧结过程烧失率高，能耗高。因此，开发一种能克服上述缺陷且低成本的钠离子电池正极材料磷酸焦磷酸铁钠制备方法具有重要意义。
技术实现思
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种新的磷酸焦磷酸铁钠材料的制备工艺，对焦磷酸根与磷酸根计量比精准控制并对所选原料进行干法混合，协同微波加热方式实现材料分子级均匀加热及自发的氧化还原，反应温度低，步骤简单，能显著降低磷酸焦磷酸铁钠材料工艺能耗，从而降低成本，并且进一步提升电池的电化学性能。
2、本专利技术的第一个目的是提供一种电池正极材料磷酸焦磷酸铁钠na4fe3(po4)2p2o7的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、将焦磷酸钠、二水磷酸铁和铁粉按比例进行干法混合，得到前驱体；所述焦磷酸钠、二水磷酸铁和铁粉的摩尔比为0.8-1.2:1.8-2.2:0.8-1.2；
4、s2、将步骤s1得到的前驱体微波加热至440-460℃下保温，合成磷酸焦磷酸铁钠na4fe3(po4)2p2o7。
5、进一步地，在步骤s1中，焦磷酸钠的粒径在5-20μm之间。例如5μm、7μm、10μm、13μm、15μm、17μm、20μm等，包括但不限于上述所列举的粒径值。
6、进一步地，在步骤s1中，二水磷酸铁的粒径在5-20μm之间。例如5μm、7μm、10μm、13μm、15μm、17μm、20μm等，包括但不限于上述所列举的粒径值。
7、进一步地，在步骤s1中，所述铁粉为微米级铁粉、纳米级铁粉或两者的混合物。优选地，铁粉的d50＝0.5-5μm。例如0.5μm、1.0μm、1.5μm、2.0μm、2.5μm、3.0μm、3.5μm、4.0μm、4.5μm、5.0μm等，包括但不限于上述所列举的粒径值。
8、进一步地，在步骤s1中，所述干法混合为气流混合，优选使用具有高速旋转刀片的高速混料机来产生气流，使不同粉末挥发到空气中接触并混合。
9、进一步地，气流混合时，气流速度5-20m/s，搅拌器速度500-3000rpm，混合时间30-60min，温度20-25℃。
10、进一步地，在步骤s1中，所述焦磷酸钠、二水磷酸铁和铁粉的摩尔比为0.8-1.2:1.8-2.2:0.8-1.2，例如0.8:1.8:0.8、0.9:1.9:0.9、1:2:1、1.1:2.1:1.1、1.2:2.2:1.2等，包括但不限于上述所列举的比例。
11、进一步地，在步骤s2中，微波的功率为1-10kw，控制2-5分钟加热至440-460℃。例如440℃、445℃、450℃、455℃、460℃等，包括但不限于上述所列举的温度值。
12、进一步地，在步骤s2中，保温1-3小时。例如1小时、1.2小时、1.5小时、1.7小时、2小时、2.3小时、2.5小时、2.8小时、3小时等，包括但不限于上述所列举的时间值。
13、本专利技术的第二个目的是提供通过上述制备方法得到的磷酸焦磷酸铁钠na4fe3(po4)2p2o7。
14、本专利技术的第三个目的是提供一种正极极片，包括正极活性层，所述正极活性层包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，正极活性材料为所述磷酸焦磷酸铁钠na4fe3(po4)2p2o7。
15、进一步地，所述正极活性层包含以质量百分数计的以下组分：75-95％的正极活性材料，5-15％的正极导电剂和5-15％的正极粘结剂。
16、进一步地，所述正极导电剂选自导电碳黑、导电石墨、碳纳米管与石墨烯中的一种或多种。
17、进一步地，所述正极粘结剂为本领域技术人员熟知的正极粘结剂即可，无特殊的限制，如壳聚糖、黄原胶、结冷胶、阿拉伯胶、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素锂、羧甲基纤维素钠、聚甲基丙烯酰、聚丙烯酸、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、丁苯橡胶、海藻酸钠、聚乙二醇、瓜尔胶、瓜尔胶聚合物与瓜尔胶共聚物中的一种或多种。
18、进一步地，所述正极活性层的厚度范围优选为100-300μm，例如150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm等，包括但不限于上述所列举的厚度值。
19、本专利技术的第四个目的是提供一种以上所述正极极片的制备方法，包括以下步骤：
20、s01、将配方量的正极活性材料、导电剂、粘结剂加入水中搅拌均匀，得到正极活性浆料；
21、s02、将所述正极活性浆料涂覆在集流体沿着厚度方向的至少一面上，烘干后得到正极活性层，压制得到所述正极极片。
22、进一步地，所述集流体为铝箔，也可是其它可作为集流体使用的材质；优选地，所述集流体的厚度范围为5-14μm。
23、本专利技术的第五个目的是提供一种钠离子电池，含有负极极片、隔膜和电解液，重要地，含有所述正极材料或正极极片。
24、进一步地，所述负极极片包括负极活性层；所述负极活性层包括负极活性材料、负极导电剂与负极粘结剂。
25、进一步地，所述负极活性层包含以质量百分数计的以下组分：75-95％的负极活性材料，5-15％的负极导电剂和5-15％的负极粘结剂。
26、进一步地，所述负极活性材料选自人造石墨、天然石墨、硅单质、硅氧化物、钛磷氧化物(包括磷酸钛钠，磷酸钛锰钠，磷酸钛)中的一种或多种。
27、进一步地，所述负极导电剂选自导电碳黑、导电石墨、碳纳米管与石墨烯中的一种或多种。
28、进一步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电池正极材料磷酸焦磷酸铁钠Na4Fe3(PO4)2P2O7的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干法混合为气流混合，
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中：
5.通过权利要求1-4任一项所述的制备方法得到的磷酸焦磷酸铁钠Na4Fe3(PO4)2P2O7。
6.一种正极极片，包括正极活性层，正极活性层包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，其特征在于，所述正极活性材料为权利要求5所述的磷酸焦磷酸铁钠Na4Fe3(PO4)2P2O7。
7.根据权利要求6所述的正极极片，其特征在于，所述正极活性层包含以质量百分数计的以下组分：75-95％的正极活性材料，5-15％的正极导电剂和5-15％的正极粘结剂；
8.根据权利要求6所述的正极极片，其特征在于，所述正极活性层的厚度范围优选为100-300μm。
9.一种权利要求6-8任一项所述正极极片的制备方法
10.一种钠离子电池，含有负极极片、隔膜和电解液，其特征在于，含有权利要求6-8任一项所述正极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种电池正极材料磷酸焦磷酸铁钠na4fe3(po4)2p2o7的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s1中：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干法混合为气流混合，
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s2中：
5.通过权利要求1-4任一项所述的制备方法得到的磷酸焦磷酸铁钠na4fe3(po4)2p2o7。
6.一种正极极片，包括正极活性层，正极活性层包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，其特征在于，所述正极活...
【专利技术属性】
技术研发人员：田剑莉亚，侯肖瑞，
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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