【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池，具体涉及一种表面碳包覆磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法及其应用。
技术介绍
1、随着生物能源的不断消耗，能源短缺问题以及环境污染问题已经受到全球各国的高度关注，其中二次电池的使用作为有效的储电技术的一种在全球已经普遍使用；自20世纪90年代索尼公司将锂离子电池商业化之后，其技术已经发展的越来越成熟，其高能量密度、使用寿命长的优点使其在各个领域得到广泛使用；但是锂元素开发难度大，并且对于三元材料中的镍、钴元素作为放射性元素对环境会造成较大的危害，在这样的条件下钠元素和锂元素作为同主族元素，具有一定的相似性质，并且在地壳中钠元素（2.74%）含量远多于锂元素（0.0065%），因此钠离子电池开发显得尤为重要。
2、在钠离子电池中目前主要研究的体系为层状氧化物以及聚阴离子两种体系，其中聚阴离子体系因结构稳定，循环性能稳定以及具有较高的电压而受到大家的青睐，在磷酸盐体系当中nafepo4具有和lifepo4相似的橄榄石结构，但是制备方式一般通过电化学离子交换进行制备成本价高；na2fep2o7虽然制备方式简单，但是其理论比容量仅有97mah/g，因此混聚阴离子材料得以开发，其中na4fe3(po4)2p2o7具有较高的电压（3.1v vs.na+/na）以及较高的理论比容量，这使得该材料在将来的储能应用中具有重要的地位；在目前常用的制备方案中，固相法是采用球磨的方式进行制备，虽然采用球磨的方式能够进行大批量的生产，但是球磨所得到的颗粒粒径范围较广，需要通过多次筛分、球磨的方式对物料粒径进行粉碎，从而
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种表面碳包覆磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法。本专利技术提供的方法能够制备得到纳米级的材料，避免了砂磨和喷雾干燥的能源大量消耗，同时能够获得颗粒粒度较细，元素分散均匀的正极材料，该正极材料用于钠离子电池当中具有循环性能稳定，工作电压高，电池容量高等优点。
2、本专利技术提供了一种表面碳包覆磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
3、（1）将钠源、铁源以及络合剂加入到分散剂中，恒温搅拌直至溶解，得到溶胶；
4、（2）将步骤（1）所制备的溶胶在常温下静置陈化，使溶胶转变为凝胶，失去流动性；
5、（3）将步骤（2）得到的凝胶进行冷冻干燥，粉碎后获得正极材料前驱体；
6、（4）将步骤（3）得到的正极材料前驱体与磷源、碳源混合均匀，在惰性气体或还原性气氛下进行烧结，得到表面碳包覆磷酸焦磷酸铁钠正极材料。
7、优选的，步骤（1）所述钠源包括碳酸钠、碳酸氢钠、乙酸钠、焦磷酸钠和草酸钠中的一种或多种；所述铁源包括铁粉、磷酸铁、草酸亚铁、焦磷酸铁、硝酸铁和乙酸铁中的一种或多种。
8、优选的，步骤（1）所述分散剂包括去离子水、乙醇、丙酮、n-甲基吡咯烷酮和高分子分散剂中的一种或多种。
9、优选的，步骤（1）所述络合剂的添加量为钠源和铁源总质量的2wt%~10wt%。
10、优选的，步骤（4）所述磷源包括磷酸二氢铵、磷酸氢二钠、磷酸氢二铵、磷酸钠和磷酸中的一种或多种；所述碳源包括碳粉、柠檬酸、葡萄糖、抗坏血酸、蔗糖、乙炔黑和科琴黑中的一种或多种。
11、优选的，以元素钠：磷：铁的摩尔比计算，所述钠源、磷源和铁源的比例为3.8~4.2：3.8~4.2：2.8~3.2。
12、优选的，步骤（4）所述碳源的质量为正极材料前驱体总质量的2wt%-15wt%。
13、优选的，步骤（4）所述惰性气体或还原性气氛为氩气、氮气、氢气、氢氩混合气和氢氮混合气中的一种或多种。
14、优选的，步骤（4）所述烧结的温度为450~650℃，所述烧结的时间为6~14h。
15、本专利技术还提供了上述技术方案所述方法在制备钠离子电池中的应用。
16、本专利技术的有益效果：
17、（1）本专利技术采用溶胶-凝胶法与冷冻干燥进行结合，避免了砂磨、喷雾干燥的能源大量消耗，能够获得颗粒粒度较细、元素分散均匀的正极材料，该正极材料用于钠离子电池当中具有循环性能稳定，工作电压高，电池容量高等优点；
18、（2）本专利技术采用冷冻干燥，避免了在加热时造成微观结构的收缩、崩塌，进而制备出具有纳米结构，分布均一的正极材料；
19、（3）本专利技术提供的制备方法原料来源广泛、成本低廉，与传统的工业制备方法相比，该方法不仅能有效降低能耗，同时还能获得优异的电化学性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种表面碳包覆磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述钠源包括碳酸钠、碳酸氢钠、乙酸钠、焦磷酸钠、草酸钠中的一种或多种；所述铁源包括铁粉、磷酸铁、草酸亚铁、焦磷酸铁、硝酸铁和乙酸铁中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述分散剂包括去离子水、乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮和高分子分散剂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述络合剂的添加量为钠源和铁源总质量的2wt%~10wt%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述磷源包括磷酸二氢铵、磷酸氢二钠、磷酸氢二铵、磷酸钠和磷酸中的一种或多种；所述碳源包括碳粉、柠檬酸、葡萄糖、抗坏血酸、蔗糖、乙炔黑和科琴黑中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以元素钠：磷：铁的摩尔比计算，所述钠源、磷源和铁源的比例为3.8~4.2：3.8~4.2：2.8~3.2。
7.根据权利要求1所述的
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述惰性气体或还原性气氛为氩气、氮气、氢气、氢氩混合气和氢氮混合气中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述烧结的温度为450-650℃，所述烧结的时间为6~14h。
10.权利要求1~9任一项所述方法在制备钠离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种表面碳包覆磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述钠源包括碳酸钠、碳酸氢钠、乙酸钠、焦磷酸钠、草酸钠中的一种或多种；所述铁源包括铁粉、磷酸铁、草酸亚铁、焦磷酸铁、硝酸铁和乙酸铁中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述分散剂包括去离子水、乙醇、丙酮、n-甲基吡咯烷酮和高分子分散剂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述络合剂的添加量为钠源和铁源总质量的2wt%~10wt%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述磷源包括磷酸二氢铵、磷酸氢二钠、磷酸氢二铵、磷酸钠和磷酸中的一种或多种；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕爱民，张鼎，刘镇铭，李鑫，马一军，李小强，华佳，
申请(专利权)人：天津瓦司特钠科技研发有限公司，
类型：发明
国别省市：
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。