低孔隙高压实磷酸焦磷酸铁钠正极材料及其制备方法与流程

本发明属于钠离子电池，具体涉及一种低孔隙高压实磷酸焦磷酸铁钠正极材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着清洁能源的规模化发展，开发低成本、环境友好且宽温域适配的电化学储能系统已成为产业与科研的共同焦点。尽管锂离子电池因高能量密度和长循环寿命已广泛应用，但其有限资源限制了大储能的长期发展。钠离子电池因钠资源丰富（地壳丰度约是锂的420倍）、成本低廉、工作温域宽泛被视为理想的替代方案之一。

2、在众多正极材料中，聚阴离子型化合物na4fe3(po4)2p2o7（nfpp）因其稳定的三维框架、适中的工作电压（约3.1 v）、较高理论容量（129 mah·g-1）和低体积应变等优势，被公认为最具产业化潜力的技术路线。

3、但目前nfpp本征的差电子/离子导电性、低压实密度阻碍了其进一步商业化应用。目前，传统烧结工艺制得的正极材料孔隙较大，且高碳源的引用不仅会降低整体材料的活性物质而且会促使材料孔隙增多，从而降低了材料的电化学性能和压实密度。

4、因此，如何克服nfpp正极材料采用传统烧结工艺出现的大孔隙缺陷是本领域亟需解决的技术问题。

5、需要说明的是，本背景技术部分中公开的以上信息仅用于理解本申请构思的背景技术，因此，并不认为上述描述构成现有技术的信息。

技术实现思路

1、本公开实施例至少提供一种低孔隙高压实磷酸焦磷酸铁钠正极材料及其制备方法。

2、第一方面，本公开实施例提供了一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料，所述磷酸焦磷酸铁钠正极材料的分子式为na4fe3p4-axao15/c；其中，x为非金属元素，a的取值范围为0.1～0.5。

3、在一种可选的实施方式中，所述x为s或se。

4、第二方面，本公开实施例还提供一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，包括如下步骤：s1，na4fe3p4o15前驱体的制备：按化学计量将铁源、钠源、磷源、螯合剂混合于水中，研磨出料，后在进风温度180～250℃，出风温度80～110℃的喷雾塔将水分蒸发得到喷雾料，后置于氮气氛围中200～400℃下烧结得到；s2，na4fe3p4-axao15/c的制备：加入na4fe3p4o15前驱体、碳源和无机非金属粉体搅拌均匀后研磨出料，后在进风温度180～250℃，出风温度80～110℃的喷雾塔将水分蒸发得到喷雾料，后置于氮气氛围中500～600℃下烧结得到。

5、在一种可选的实施方式中，所述铁源包括氧化铁、磷酸铁、硫酸亚铁、硫酸铁、草酸铁、金属铁粉中的一种或多种。

6、在一种可选的实施方式中，所述钠源包括碳酸钠、氢氧化钠、磷酸三钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、碳酸氢钠、硫酸钠、氟化钠、柠檬酸钠、硝酸钠、草酸钠中的一种或多种。

7、在一种可选的实施方式中，所述磷源包括磷酸、磷酸铁、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵中的一种或多种。

8、在一种可选的实施方式中，所述螯合剂包括草酸、酒石酸、苹果酸、水杨酸、乙二胺四乙酸中的一种或多种。

9、在一种可选的实施方式中，所述无机非金属粉体包括硒粉、二氧化硒、氟化钠、硒酸钠和硫粉中的一种或多种。

10、在一种可选的实施方式中，所述碳源的加入量占所述铁源、钠源、磷源、碳源总质量的5%～10%；所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、淀粉、抗坏血酸、环糊精、聚乙二醇中的一种或多种。

11、在一种可选的实施方式中，所述s1中研磨出料的粒度范围为0.3～0.5μm；所述s2中研磨出料的粒度范围为0.2～0.3μm。

12、在一种可选的实施方式中，所述s1中烧结的升温速率不高于5℃·min-1，烧结时长为8～12h；所述s2中烧结的升温速率不高于2℃·min-1，烧结时长为8～12h。

13、第三方面，本公开实施例还提供一种钠电池，包括如前所述的磷酸焦磷酸铁钠正极材料。

14、本发明的有益效果是，本低孔隙高压实磷酸焦磷酸铁钠正极材料及其制备方法，通过制备na4fe3p4o15前驱体，在低温烧结过程中消耗大量产气基团，降低了成品二次球体的孔隙率，增强了颗粒间的致密性；此外，螯合剂的引入有效减少了砂磨时长，且在二次砂磨中混合非金属元素使二次烧结过程中不仅抑制了铁元素的氧化并促进纯相形成，同时非金属元素的引入进一步增加了内部局域电网数量，促进了离子和电子的传输。相较于传统体系，该体系所需碳含量较少，赋予材料更高的致密性增加其压实至2.21g/cm3，而且在0.1c电流密度下展现出最高充电比容量120.1 mah g-1和最高放电比容量106.0 mah g-1。

15、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

16、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

1.一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，

2.如权利要求1所述的磷酸焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，

3.一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.如权利要求3所述的磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，

5.如权利要求3所述的磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，

6.如权利要求3所述的磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，

7.如权利要求3所述的磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，

8.如权利要求3所述的磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，

9.如权利要求3所述的磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，

10.一种钠电池，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的磷酸焦磷酸铁钠正极材料。