钠离子电池正极材料磷酸焦磷酸铁钠的制备方法及其应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114538403A(43)申请公布日2022.05.27(21)申请号202210151191.6(22)申请日2022.02.15(66)本国优先权数据202210102620.02022.01.27CN(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人廖小珍鲍旭(74)专利代理机构上海汉声知识产权代理有限公司31236专利代理师胡晶(51)Int.Cl.C01B25/45(2006.01)C01B32/05(2017.01)H01M4/58(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称钠离子电池正极材料磷酸焦磷酸铁钠的制备方法及其应用(57)摘要本发明公开了一种钠离子电池正极材料磷酸焦磷酸铁钠的制备方法及其应用；采用机械固相合成工艺结合短时间烧结来制备，将焦磷酸钠、金属铁粉、磷酸铁、掺杂元素磷酸盐和导电剂或导电剂前驱体混合均匀，置于球磨容器中，球磨3‑24小时；所得球磨产物放入高温炉，在惰性气氛或氢氩混合气氛中，以3‑10℃/min加热速率升温，于450‑650℃恒温焙烧2‑5小时，然后在惰性气氛中冷却至室温，制得碳包覆的磷酸焦磷酸铁钠粉末或掺杂磷酸焦磷酸铁钠粉末。本发明合成磷酸焦磷酸铁钠材料的方法，工艺简单易行，清洁无污染，获得的材料应用于钠离子电池表现出优秀的循环稳定性，适合进行工业规模化生产。CN114538403ACN114538403A权利要求书1/1页1.一种磷酸焦磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、将焦磷酸钠、金属铁粉、磷酸铁、掺杂元素磷酸盐和导电剂或导电剂前驱体混合均匀；且，磷酸铁和掺杂元素磷酸盐中，掺杂元素磷酸盐的摩尔占比为0‑100％；S2、球磨；将球磨产物置于惰性气氛或氢氩混合气氛中，以3‑10℃/min加热速度升温，于450‑650℃恒温焙烧2‑5小时，然后冷却至室温，制得碳包覆磷酸焦磷酸铁钠粉末。2.根据权利要求1所述的磷酸焦磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，金属铁粉与+3价金属磷酸盐的摩尔比为1:2‑2.1，焦磷酸钠中焦磷酸根摩尔数与磷酸铁和掺杂元素磷酸盐中磷酸根的总摩尔数比例为1:2；导电剂或导电剂前驱体用量为磷酸焦磷酸铁钠质量的1‑20％。3.根据权利要求1所述的磷酸焦磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于，步骤S2的球磨过程中有化学反应发生得到中间产物，将该球磨中间产物短时间热处理最终实现下述反应：Na4P2O7+Fe+2FePO4＝Na4Fe3(PO4)2P2O7。4.根据权利要求1所述的磷酸焦磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂元素磷酸盐的金属元素选自Mn、Co、Ni、Mg、Cu、Zn、Zr、Ti中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的磷酸焦磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于，所述导电剂选自天然石墨粉、人造石墨粉、碳黑、纳米碳管、石墨烯中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的磷酸焦磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于，所述导电剂前驱体选自蔗糖、葡萄糖、淀粉、环糊精中至少一种。7.根据权利要求1所述的磷酸焦磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于，所述球磨采用的容器选自玛瑙球磨罐、聚氨酯球磨罐、聚四氟乙烯球磨罐、尼龙球磨罐、刚玉球磨罐、碳化钨球磨罐、氧化锆球磨罐、陶瓷球磨罐中的一种。8.根据权利要求1所述的磷酸焦磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于，所述球磨采用的设备选自球磨机、振磨机、滚磨机中的一种。9.一种根据权利要求1‑8中任一项所述的制备方法制得的磷酸焦磷酸铁钠材料。10.一种根据权利要求9所述的磷酸焦磷酸铁钠材料在制备钠离子电池正极材料中的用途。2CN114538403A说明书1/4页钠离子电池正极材料磷酸焦磷酸铁钠的制备方法及其应用技术领域[0001]本发明属于钠离子电池技术领域，涉及一种钠离子电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种采用机械固相合成工艺结合短时间烧结来制备的钠离子电池正极材料磷酸焦磷酸铁钠的制备方法及其应用。背景技术[0002]随着全球经济的高速发展，能源危机与环境污染问题日趋严重，开发和利用太阳能，风能，海洋潮汐能等清洁能源已成为必然趋势。二次电池作为具有最高效能的储电技术是清洁能源技术的有力支撑，其研究与发展具有重要意义。锂离子电池能量密度高、循环寿命长，不仅广泛应用于便携式电子器件，近年来作为电动汽车和储能电站的首选电源发展非常迅速。但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％远远高于锂元素(0.006％)，因此开发资源丰富、环境友好的钠离子电池技术对发展大规模储能技术具有重要的战略