Na4-xFe3(PO4)2-x(SO4)xP2O7/C材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及材料，具体涉及一种na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前现有技术中有大量的关于钠离子电池正极材料的相关报道，但大部分材料的电化学性能都较差，例如钒基磷酸盐、铁基磷酸盐或者普鲁士蓝类似物。而且，在实验室成果进行商业化转化的过程中，这些材料面临些较为严重的问题，例如钒基材料的高毒性且高成本，普鲁士蓝类似物的结构存在不稳定性的问题。而常规的焦磷酸磷酸铁钠存在充放电平台低的问题，导致整体能量密度不高，在实际应用方面也存在不足。尽管现有技术中针对焦磷酸磷酸铁钠存在较多的改进方案，但依然有很大的探索和改进空间。

2、如何提升材料的平均充放电电压，增大材料的能量密度，进一步扩宽材料的实用价值是现有技术需要研发和考虑的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c材料及其制备方法和应用，解决现有技术中材料的平均充放电电压低的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c材料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、将碳酸钠、磷酸二氢铵、七水合硫酸亚铁和二水合草酸亚铁、碳源和水混合得到混合物；

4、s2、将所述混合物研磨得到浆料，将所述浆料干燥得到前驱体；

5、s3、将所述前驱体在惰性气氛，温度为550-800℃的条件下烧结得到所述na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c复合材料，0＜x≤1。

6、进一步地，在某些实施例中，在步骤s1中，所述碳酸钠与所述磷酸二氢铵的摩尔比为1:(2-3)；所述七水合硫酸亚铁和所述二水合草酸亚铁的摩尔比为1:(2-3)；所述磷酸二氢铵与所述二水合草酸亚铁的摩尔比为(3-4.5):(2-3)。

7、进一步地，在某些实施例中，在步骤s1中，所述碳源与所述七水合硫酸亚铁的摩尔比为(0.5-1):1；所述七水合硫酸亚铁与所述水的用量比为3mol:(5-18)l；和/或，在步骤s1中，所述碳源为葡萄糖。

8、进一步地，在某些实施例中，在步骤s2中，所述浆料的粒径为d50≤0.4μm，d100≤1.2μm。

9、进一步地，在某些实施例中，在步骤s2中，将所述混合物在研磨机中按照速度1000-3500rmp研磨0.5-3h得到浆料。

10、进一步地，在某些实施例中，在步骤s2中，将所述浆料送至喷雾干燥机中干燥，进风温度为210-230℃，出风温度为120-140℃，喷雾速率为5-12l/h。

11、进一步地，在某些实施例中，在步骤s3中，将温度按照升温速率2.5-3℃/min升温至550-800℃。

12、进一步地，在某些实施例中，在步骤s3中，在550-800℃下的烧结时间为5-6h。

13、此外，本发明还提出一种na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c材料，由上述制备方法制备得到。

14、另外，本发明还提出上述制备方法制得的na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c材料或者上述na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c材料在电池中作为正极材料的应用。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明提出一种na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c材料的制备方法，以碳酸钠、磷酸二氢铵、七水合硫酸亚铁和二水合草酸亚铁、碳源和水为原料，先混合再研磨，之后在惰性气氛，温度为550-800℃的条件下烧结得到所述na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c材料，得到的复合材料具有较高的平均充放电电压，在1c的倍率下，放电比容量达到96.3mah·g-1，同时在1c倍率下100次循环的充放电效率保持在99.8％左右，表现出良好的稳定性。

技术特征：

1.一种na4-xfe3(po4)2-x(so4)x p2o7/c材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c材料的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述碳酸钠与所述磷酸二氢铵的摩尔比为1:(2-3)；所述七水合硫酸亚铁和所述二水合草酸亚铁的摩尔比为1:(2-3)；所述磷酸二氢铵与所述二水合草酸亚铁的摩尔比为(3-4.5):(2-3)。

3.根据权利要求1所述的na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c材料的制备方法，在步骤s1中，所述碳源与所述七水合硫酸亚铁的摩尔比为(0.5-1):1；所述七水合硫酸亚铁与所述水的用量比为3mol:(5-18)l；和/或，所述碳源为葡萄糖。

4.根据权利要求1所述的na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c材料的制备方法，在步骤s2中，所述浆料的粒径为d50≤0.4μm，d100≤1.2μm。

5.根据权利要求1所述的na40xfe3(po4)2-x(so4)x p2o7/c材料的制备方法，在步骤s2中，将所述混合物在研磨机中按照速度1000-3500rmp研磨0.5-3h得到所述浆料。

6.根据权利要求1所述的na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c材料的制备方法，在步骤s2中，将所述浆料送至喷雾干燥机中干燥，进风温度为210-230℃，出风温度为120-140℃，喷雾速率为5-12l/h。

7.根据权利要求1所述的na4-xfe3(po4)2-x(so4)x p2o7/c材料的制备方法，在步骤s3中，常温下将前驱体放置于箱式气氛炉内，将温度按照升温速率2.5-3℃/min升温至550-800℃。

8.根据权利要求7所述的na4-xfe3(po4)2-x(so4)x p2o7/c材料的制备方法，在步骤s3中，在550-800℃下的烧结时间为5-6h。

9.一种na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c材料，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。

10.一种权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c材料或者权利要求9所述的na4-xfe3(po4)2-x(so4)xp2o7/c材料在电池中作为正极材料的应用。

技术总结
本发明公开一种Na<subgt;4‑x</subgt;Fe<subgt;3</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;2‑x</subgt;(SO<subgt;4</subgt;)<subgt;x</subgt;P<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;/C材料及其制备方法和应用，属于材料技术领域。该Na<subgt;4‑x</subgt;Fe<subgt;3</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;2‑x</subgt;(SO<subgt;4</subgt;)<subgt;x</subgt; P<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;/C材料的制备方法，包括：将碳酸钠、磷酸二氢铵、七水合硫酸亚铁和二水合草酸亚铁、碳源和水混合得到混合物；将所述混合物研磨得到浆料，将所述浆料干燥得到前驱体；将所述前驱体在惰性气氛，温度为550‑800℃的条件下烧结得到复合材料，0＜x≤1。本发明还提出上述制备方法制得的Na<subgt;4‑x</subgt;Fe<subgt;3</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;2‑x</subgt;(SO<subgt;4</subgt;)<subgt;x</subgt; P<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;/C材料在电池中作为正极材料的应用。本发明得到的复合材料具有较高的平均充放电电压。

技术研发人员：纪效波,邹国强,张洋洋,曾晶垚,侯红帅
受保护的技术使用者：深圳市津工能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31