[发明专利]一种钛基快离子导体改性磷酸铁钠正极材料及其制备方法和正极材料制备的电池

说明书

本发明属于电极材料技术领域，本发明提供了一种钛基快离子导体改性磷酸铁钠正极材料及其制备方法，制备方法包含如下步骤：将铁源、钛源、磷源、钠源和表面活性剂溶液混合后进行研磨；得到的混合浆料顺次进行干燥、固相烧成反应、细化处理，得到钛基快离子导体改性磷酸铁钠正极材料。本发明还提供了一种钛基快离子导体改性磷酸铁钠正极材料制备的电池。本发明的钛基快离子导体改性磷酸铁钠正极材料既保持了磷酸铁钠的高容量特性，同时具备钛基快离子导体材料的高倍率特性。钛基快离子导体的引入大幅度提升磷酸铁钠的钠离子脱嵌速率，提升材料的离子电导率和倍率性能。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域,尤其涉及一种钛基快离子导体改性磷酸铁钠正极材料及其制备方法和正极材料制备的电池。

背景技术

随着锂离子电池在消费、动力和储能三大领域的快速发展，锂离子电池的生产制造达到了空前规模，并且各大锂电池生产商都在不断的扩大其产能。锂元素地壳中的含量只有0.0065％，且资源分布不均匀，70％的锂分布在南美洲地区。如果按照锂电池现在的发展速度，暂不考虑回收，锂电池的应用将很快受到锂资源的严重限制。而钠资源非常丰富，其在地壳中的丰度位于第6位，且钠分布于全球各地，完全不受资源和地域的限制，所以钠离子电池比锂离子电池有显著的资源优势。此外，由于钠资源价格远低于锂资源，大大降低了钠离子电池正极材料的价格。此外，钠电池的负极集流体可以使用铝箔，而非锂电池的铜箔，进一步降低了钠离子电池的成本。据中科海钠科技有限责任公司测算，钠离子电池(NaCuFeMnO/软碳体系)的材料成本与锂离子电池(磷酸铁锂/石墨体系)相比有30～40％的下降空间。

橄榄石结构的NaFePO₄由于具有结构稳定、电压平台高、热稳定性优异等优点，有望成为优选的钠离子电池正极材料。然而橄榄石型磷酸铁钠电子导电性差，钠离子半径比锂离子半径大，不利于在晶格内的快速扩散。钠快离子导体内部三维开放的框架结构使其具有快速的钠离子扩散通道，有利于 Na⁺的扩散，可呈现优异的倍率性能，但是其理论比容量偏低限制了其规模化应用。CN114014293A提出了一种钠离子电池材料的制备方法，结合了磷酸铁钠和钛酸钠各自的优点，形成相互掺杂的复合材料，该发明在一定程度上提升了磷酸铁钠的循环稳定性及倍率性能，但制备方法中使用有机钛溶液、磷酸和氨水，环保要求较高且耗时较长。

因此，如何得到一种高容量、高倍率，制备工艺简单，制造成本低，环境友好的改性磷酸铁钠正极材料，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种钛基快离子导体改性磷酸铁钠正极材料及其制备方法和正极材料制备的电池。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种钛基快离子导体改性磷酸铁钠正极材料的制备方法，包含如下步骤：

将铁源、钛源、磷源、钠源和表面活性剂溶液混合后进行研磨；得到的混合浆料顺次进行干燥、固相烧成反应、细化处理，得到钛基快离子导体改性磷酸铁钠正极材料。

作为优选，所述铁源包含硝酸铁、硫酸亚铁、草酸亚铁和磷酸铁中的一种或几种；

所述钛源包含锐钛型钛白粉、金红石型钛白粉、板钛型钛白粉和无定形钛白粉中的一种或几种；

所述磷源包含磷酸、磷酸二氢钠、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵和磷酸铁中的一种或几种；

所述钠源包含无水乙酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、草酸钠、亚硝酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、碳酸氢钠、柠檬酸钠、无水硫酸钠、硬脂酸钠、油酸钠、酒石酸钠、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、乳酸钠和腐植酸钠中的一种或几种。

作为优选，所用表面活性剂包含聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、淀粉和纤维素中的一种或几种。