一种多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料、制备方法及其应用
本发明属于钠离子电池，尤其涉及一种多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料、制备方法及其在钠离子电池中的应用。
背景技术：
1、钠离子电池因其与锂离子电池相似的嵌入化学机制、较低的原材料成本以及丰富的钠资源，有望在储能方面得到广泛应用。然而，钠离子电池的发展受到了正极材料的制约。目前，正在研究的正极材料包括层状氧化物、聚阴离子类以及普鲁士蓝材料。然而，层状氧化物在循环过程中的不可逆相变问题，普鲁士蓝材料存在结晶水与缺陷等问题，限制了它们的实际应用。相比较而言，聚阴离子正极材料具有稳定的循环性能，是最佳的选择。其中，铁基磷酸焦磷酸盐拥有良好的结构稳定性和环境友好性等优点，具有良好的应用前景。然而，铁基磷酸焦磷酸盐仍然存在电子和离子电导率较低的问题，必须进行纳米化和碳包覆改性来解决。专利（cn115196610a）采用传统合成方法制备的铁基磷酸焦磷酸盐正极材料，材料粉体容易发生团聚，颗粒尺寸较大，导致材料比表面积和电极材料利用率都比较低，从而影响了电池容量。为提高铁基磷酸焦磷酸盐正极材料的电化学性能，需要开发一种多孔结构的铁基磷酸焦磷酸盐正极材料。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料、制备方法及其在钠离子电池中的应用。
2、本发明是这样实现的，一种多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料的制备方法，包括以下步骤：
3、（1）将钠源、铁源、磷源、碳源、造孔剂按照一定比例进行砂磨，然后进行喷雾干燥获得前驱体。
4、（2）将前驱体置于惰性气氛下进行烧结，得到所述多孔混合复合磷酸盐正极材料。
5、进一步，所述的钠源是草酸钠、碳酸钠中的一种或两种。
6、进一步，所述的铁源是草酸铁、磷酸铁中的一种或两种。
7、进一步，所述的磷源是磷酸二氢钠、磷酸氢二钠的一种或两种。
8、进一步，所述的碳源是葡萄糖、蔗糖、柠檬酸中的一种或多种。
9、进一步，所述的造孔剂是草酸。
10、进一步，烧结使用的是氩气或者氮气的惰性气氛或者氩气和氢气的混合气氛，烧结步骤为在300-400℃烧结3-6 h，在450-650℃烧结5-15 h。
11、本发明还提供一种多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料，所述的多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料为na3+xfe2+x(po4)1+xp2o7，其中0≤x≤1.5。
12、进一步，正极材料的比表面积为15-30 cm2g。
13、本发明还提供一种多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料在钠离子电池中的应用。
14、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
15、第一、与现有技术相比，本发明制备的多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料不仅能够使材料的一次颗粒纳米化，多孔结构能够提高钠离子的传输速率，而且还能使碳包覆更加均匀，提高材料的导电性，有效提升材料的电化学性能。
16、本发明使用的方法具有工艺简单可控的优点，能够实现大规模工业生产。
17、第二、把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
18、本发明提供的多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料的制备方法，简单可控，成本低。
技术特征：
1.一种多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述的钠源是草酸钠、碳酸钠中的一种或两种。
3.如权利要求1所述的多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述的铁源是草酸铁、磷酸铁中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述的磷源是磷酸二氢钠、磷酸氢二钠的一种或两种。
5.如权利要求1所述的多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述的碳源是葡萄糖、蔗糖、柠檬酸中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述的造孔剂是草酸。
7. 如权利要求1所述多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，烧结使用的是氩气或者氮气的惰性气氛或者氩气和氢气的混合气氛，烧结步骤为在300-400℃烧结3-6 h，在450-650℃烧结5-15 h。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述方法制备的多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料，其特征在于，所述的多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料为na3+xfe2+x(po4)1+xp2o7，其中0≤x≤1.5。
9. 如权利要求8所述的多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料，其特征在于，正极材料的比表面积为15-30 cm2 g。
10.一种根据权利要求8或9所述的多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料在钠离子电池中的应用。
技术总结
本发明公开了一种多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料、制备方法及其应用，所述的制备方法，包括以下步骤：（1）将钠源、铁源、磷源、碳源、造孔剂按照一定比例进行砂磨，然后进行喷雾干燥获得前驱体；（2）将前驱体置于惰性气氛下进行烧结，得到所述多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料。本发明制备的多孔铁基磷酸焦磷酸盐正极材料不仅能够使材料的一次颗粒纳米化，多孔结构能够提高钠离子的传输速率，而且还能使碳包覆更加均匀，提高材料的导电性，有效提升材料的电化学性能。
技术研发人员：汪东煌,周爱军,王欣,姜继成
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5