[发明专利]多孔碳改性的焦磷酸磷酸铁钠/碳钠离子电池正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种焦磷酸磷酸铁钠钠离子电池正极材料及其制备，将九水硝酸铁和柠檬酸溶于去离子水中形成溶液A，磷酸二氢铵和焦磷酸钠溶于去离子水中形成溶液B，聚乙烯吡咯烷酮和氯化钠溶于去离子水中形成溶液C。将溶液A匀速加入到溶液B中，边滴加边搅拌，直至滴加完毕后，溶液变成黄绿色的悬浮液，即溶液D；再把溶液D匀速加入到溶液C中，继续搅拌7 h后进行冷冻24 h，再用冷冻干燥机干燥36 h，得到前驱体；最后，将前驱体置于管式炉中，在Ar‑H₂混合气氛中先于300℃下预烧6 h后再在500℃下终烧，最后用去离子水清洗多次，得到多孔碳改性的Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇/C复合正极材料。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，涉及一种多孔碳改性的焦磷酸磷酸铁钠/碳钠离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

近几年来，随着可再生能源和新能源汽车的飞速发展，具有能量密度高、循环寿命长、安全性好等优势的锂离子电池在储能与动力电池市场所占份额猛增，由此带来的锂资源紧缺问题日趋严峻。钠离子电池因钠资源丰富且价格低廉，而被认为是锂离子电池在储能领域的最佳替代者。

钠离子电池具有与锂离子相似的理化性质，但因钠离子半径比锂离子半径大，导致能适用于锂离子电池的电极材料未必可以很好地适用于钠离子电池，所以寻找合适的电极材料来进行储钠，以及确保钠离子能在材料中快速的可逆嵌入/脱嵌成为了一个巨大的挑战。与负极材料相比，正极材料的发展略微滞后。因此，寻找比容量高、结构稳定且价格低的正极材料是提高钠离子电池整体性能的关键。

在目前研究的钠离子电池正极材料中，铁基混合聚阴离子型化合物Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇受广泛的关注，因为它综合了铁基磷酸盐(NaFePO₄)和焦磷酸盐(Na₂FeP₂O₇)的优点，即具有较高的理论比容量、高的平均工作电压、小的体积变化并且成本低、环境友好、储量丰富的优点，使该材料在大规模储能系统方面具有很大的优势。然而，作为聚阴离子型化合物，Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇同样也存在电子电导率低的问题，最简单易行的解决方法就是利用导电碳材料对它进行改性。目前已有将碳纳米管、还原氧化石墨烯、碳布、酚醛树脂、抗坏血酸、嵌段表面活性剂F127、均苯四甲酸、葡萄糖和硬脂酸作为碳源应用于Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇的改性中，要么利用将Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇镶嵌在碳纳米管、还原氧化石墨烯或碳布等导电基体上，要么利用酚醛树脂、抗坏血酸、嵌段表面活性剂F127、均苯四甲酸、葡萄糖和硬脂酸等有机碳源热解过程中在Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇表面原位形成包覆层来提高材料的导电性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔碳改性的焦磷酸磷酸铁钠/碳钠离子电池正极材料。所涉及的NFPP/C正极材料其合成原料为九水硝酸铁Fe(NO₃)₃·9H₂O、柠檬酸C₆H₈O₇、磷酸二氢铵NH₄H₂PO₄和氯化钠NaCl。