[发明专利]一种钠离子电池复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于电池领域，涉及新能源储能电池，具体涉及一种钠离子电池复合正极材料，包括硫酸铁钠、硫酸亚铁、碳纳米管，且分子式为aNa_xFe_y(SO₄)_δ·bFeSO₄·cCNTs。该复合材料能高效解决钠离子电池聚阴离子型铁基硫酸盐正极材料易吸水、易氧化、易变质、易失活的技术难题，克服其实际应用中储钠克容量偏低、工作电位持续下降、循环稳定性差和高倍率性能不佳的技术瓶颈。

技术领域

本发明属于电池领域，涉及新能源储能电池，具体涉及一种钠离子电池复合正极材料及其制备方法。

背景技术

近两年，钠离子电池的产业化进程得到了飞速地发展，相比于广泛应用的锂离子电池，钠离子电池由于钠盐储量丰富、原材料成本低廉、高热稳定性、宽的工作温度区间等显著的优势，以及其与锂离子电池类似的工作原理，被公认为是适用于未来低速电动交通工具和大规模储能系统等的理想二次电池。但是，现有的钠离子电池正极材料存在着储钠容量和工作电位偏低、长循环稳定性和高倍率特性不佳以及制备成本高等诸多问题。寻找成本低廉且储钠性能优异的钠离子电池正极材料是钠离子储能电池实际应用的关键之一。

传统钠离子电池正极材料，如层状过渡金属氧化物、氰化铁或锰基配位的普鲁士蓝或白化合物、聚阴离子型钒基磷酸盐或焦磷酸盐等正极材料，普遍存在着合成过程中烧结温度高、储钠循环稳定性较差、工作电位不高且循环过程中衰减明显、倍率性能不理想、生产成本高、经济效益和环境效益差等诸多问题。聚阴离子型铁基硫酸盐正极材料Na_xFe_y(SO₄)_δ具有高工作电压和低生产成本等显著优势，但是由于其纯相材料的本征电导率低，严重影响着该类型正极材料的储钠电化学性能，表现出低的储钠比容量、较差的长循环稳定性和高倍率性能等。利用有机碳源进行原位碳层包覆改性是提高低电导率正极材料及其电化学性能的一种常规方法，典型的案例为碳包覆处理的磷酸铁锂正极材料。但是，由于Na_xFe_y(SO₄)_δ材料制备过程中烧结所需的温度低于400℃，上述原位碳包覆技术无法运用到该材料的改性中。根据文献报道，通过高能球磨，将高导电性的碳基材料预先复合至前驱体中，再进行后续烧结，能获得电导率较好的Na_xFe_y(SO₄)_δ/C复合材料，显著地解决了Na_xFe_y(SO₄)_δ正极材料储钠容量偏低、循环稳定性能差、高倍率特性不佳等应用问题。但是，Na_xFe_y(SO₄)_δ材料依然存在着易被氧化、易变质、材料制备与存储难度高等缺点，制约着其大规模的实际应用。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种钠离子电池复合正极材料，能高效解决钠离子电池聚阴离子型铁基硫酸盐正极材料易吸水、易氧化、易变质、易失活的技术难题，克服其实际应用中储钠克容量偏低、工作电位持续下降、循环稳定性差和高倍率性能不佳的技术瓶颈。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种钠离子电池复合正极材料，包括硫酸铁钠、硫酸亚铁、碳纳米管，且分子式为aNa_xFe_y(SO₄)_δ·bFeSO₄·cCNTs。

所述正极材料的质量配比如下：硫酸铁钠90-99％、硫酸亚铁0.1-9.9％、碳纳米管0.1-9.9％。

所述硫酸铁钠的化学式为Na_xFe_y(SO₄)_δ，其中x+2y＝2δ；0.5≤x/y≤2.5。