[发明专利]一种硅酸根掺杂的铁基聚阴离子正极材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种硅酸根掺杂的铁基聚阴离子正极材料及制备方法，该正极材料包括(SiOsubgt;4/subgt;)supgt;4‑/supgt;基团取代铁基聚阴离子化合物中(POsubgt;4/subgt;)supgt;3‑/supgt;基团的改性铁基聚阴离子化合物以及负载在所述改性铁基聚阴离子化合物表面的非晶碳层。其制备方法，包括如下步骤：将铁源和草酸溶于去离子水中搅拌，加入柠檬酸继续搅拌，加入钠源继续搅拌，加入硅源和磷源继续搅拌，加入乙二醇继续搅拌，得到混合液；并将得到的混合液进行加热搅拌蒸发、真空干燥，并在惰性气氛下预烧、煅烧，得到硅酸根掺杂的铁基聚阴离子正极材料。与现有技术相比，本发明制备得到的正极材料具有更好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及储能材料钠离子电池正极领域，尤其是涉及一种硅酸根掺杂的铁基聚阴离子正极材料及制备方法。

背景技术

随着风能、太阳能、潮汐能等清洁能源的快速发展，高效储能设施也得到了快速的发展。在众多储能设备中，锂离子电池应用广泛，但其昂贵的价格和稀有的含量限制了其大规模的应用，钠离子电池与锂离子电池工作原理相同，原料价格更低廉，是未来储能设备大规模应用的潜在对象。钠离相较于锂离子半径更大，标准电极电势更低，钠离子电池的发展仍有严峻挑战。在对钠离子电池的电极材料不断探索的过程中，负极材料取得了长足的进步并逐渐开始商业化，但与之相匹配的正极材料仍需进一步研究和开发。铁基混合磷酸盐正极材料从原材料的获得和结构稳定性的角度上来看，是极具商业化应用潜力的一类钠离子电池正极材料。然而，大尺寸的PO₄^3-基团的固有隔离特性导致铁基混合磷酸盐较低的电子电导率和缓慢的离子扩散，对其电化学性能造成了阻碍，因此解决铁基混合磷酸盐正极材料的电子电导率差的问题就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的铁基混合磷酸盐正极材料的电子电导率差等缺陷而提供一种硅酸根((SiO₄)^4-)掺杂的铁基聚阴离子正极材料及制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一为提供一种硅酸根掺杂的铁基聚阴离子正极材料，包括(SiO₄)^4-基团取代(PO₄)^3-基团的改性铁基聚阴离子化合物、以及负载在所述改性铁基聚阴离子化合物表面的非晶碳层(由草酸、柠檬酸提供的碳源形成)，所述非晶碳层的质量分数为5％-11％。

进一步地，所述改性铁基聚阴离子化合物包括铁基混合磷酸盐。

进一步地，所述铁基混合磷酸盐选自Na_4+xFe₃(PO₄)_2-xP₂O₇(SiO₄)_x，x的取值范围为：0＜x≤0.5，或Na_3+xFe₂(PO₄)_1-xP₂O₇(SiO₄)_x，其中x的取值范围为：0＜x≤0.5。

本发明的技术方案之二为提供一种如上述技术方案之一所述硅酸根掺杂的铁基聚阴离子正极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将铁源和草酸溶于去离子水中搅拌，加入柠檬酸继续搅拌，加入钠源继续搅拌，加入硅源和磷源继续搅拌，加入乙二醇继续搅拌，得到混合液；

S2、将S1步骤得到的混合液加热搅拌蒸发，得到凝胶；

S3、将S2步骤得到的凝胶真空干燥，并在惰性气氛下预烧，得到前驱体；

S4、将S3步骤得到的前驱体在惰性气氛下煅烧，得到硅酸根掺杂的铁基聚阴离子正极材料。