一种高耐压硫酸亚铁钠正极材料的制备方法与流程

本发明涉及钠离子电池正极材料，具体为一种高耐压硫酸亚铁钠正极材料的制备方法。

背景技术：

1、

2、

3、元明粉（na2so4）是合成硫酸亚铁钠（nfs）正极材料的主材之一，nfs正极材料的成功开发与产品落地能有效实现固废元明粉资源化，打通了“回收-再生-利用”核心链路，构建了绿色电池循环经济体。但nfs正极材料在高电位下存在循环性能较差、导电性较差等问题，具体为：nfs正极材料晶格中因为有so42-电负性极强的离子存在，导致其中晶格中fe与o的连接方式为fe-o-s-o-fe的连接方式，晶格内部电子导电性较差。此外，so42-具有极强的电负性会吸附电解液中的极性小分子，导致电极表面发生大量的副反应，从而导致较差的循环性能。因此，提升电子电导性和抑制so42-电负性有利于提升材料的电化学性能和循环稳定性。因此，开发一种高耐压硫酸亚铁钠（nfs）正极材料，对于发展下一代高能量密度、低成本钠电池意义重大。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种高耐压硫酸亚铁钠正极材料的制备方法，本发明采用含氮小分子作为有机碳源，来改变内部fe-o-s-o-fe键链方式来提升材料的电子导电性，再利用氮元素自带电荷性能与fe2+形成稳定的螯合键，在稳定内部结构的同时，从而有效构建均匀的人造cei膜，有效提升材料的耐高压性能。

3、（二）技术方案

4、一种高耐压硫酸亚铁钠正极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

5、步骤一：将硫酸钠、硫酸亚铁、碳纳米管、去离子水、分散剂加入到混料罐中进行分散溶解，再向其中加入含氮小分子的酒精溶液，得到nfs前驱体浆料；

6、步骤二：利用喷雾干燥机将混合好的浆料进行喷雾干燥，得到nfs正极材料前驱体；

7、步骤三：将制备好的nfs正极材料前驱体放入石墨匣钵中，将石墨匣钵放入低温气氛炉中，进行烧结，得到烧结好的nfs正极材料；

8、步骤四：将制备好的nfs正极材料利用气流粉碎机进行粉碎，再用300目的筛网进行过筛处理，得到粒径分布均匀的高耐压硫酸亚铁钠正极材料。

9、优选的，所述步骤一中，硫酸钠、硫酸亚铁的摩尔比为1.25:1.75；碳纳米管的质量是总固体质量的1-5%。

10、优选的，所述步骤一中，含氮小分子为二甲基咪唑、二氧化硫脲、尿素中的一种或几种，其质量是总固体质量的2-10%；

11、氮元素是极好的电子载体，在本发明中结合氮载电子性和离子带电性，利用高温高能协同组装技术将含有氮元素的小分子原位耦合在nfs正极材料晶格内部及表面，有效提升nfs正极材料的电子电导性和循环稳定性。在本发明中采用可溶于水的二甲基咪唑、二氧化硫脲、尿素等含有氮元素的小分子作为氮源，增加导电性的同时又有效地稳定了金属离子，有效地解决了nfs正极材料在高电位下的循环稳定性，提升了nfs正极材料在电芯端的能量密度，有效降低了钠电芯的瓦时成本，极大地推动了钠电池的广泛应用。

12、优选的，所述步骤一中，分散剂为柠檬酸、葡萄糖、草酸、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚丙烯酸铵中的一种

13、优选的，所述步骤二中，进行喷雾干燥时，进风温度调在230℃，出风温度调成110℃。

14、优选的，所述步骤三中，进行烧结时，烧结气氛为氮气，烧结温度为300-380℃，升温速率为2℃/min，烧结保温时间为8-12h。

15、优选的，所述步骤四中，利用气流粉碎机进行粉碎时，粒径粉碎到d50≤8um。

16、优选的，一种高耐压硫酸亚铁钠正极材料，所述正极材料由权利要求1-6任一项所述的方法制备得到。

17、（三）有益的技术效果

18、本发明的一种高耐压硫酸亚铁钠（nfs）正极材料制备方法，通过二甲基咪唑、二氧化硫脲、尿素中的-nh键易失h+离子特性，能与主材中的金属离子进行螯合配位，形成较稳定的配位键，使得氮原子与nfs材料形成强耦合效应，形成稳定的fe-n-c键，有效提升材料的电导性，阻止na、fe混排，提升材料内部结构稳定。fe-n-c键的形成和表面碳层的形成能降低材料表面so42-引起的电负性，有效阻止电解液与电极表面发生的副反应，提升材料耐高压性。

19、本发明中使用到高温喷雾干燥机，在常温下二甲基咪唑、二氧化硫脲、尿素难以与金属离子进行螯合配位，高温喷雾干燥瞬间形成fe-n配位键，促进纳米小晶粒的生成，形成更短的na+迁移隧道，促进na+的有效迁移，减缓充放电过程中的晶格畸变，进一步提升nfs正极材料在循环中的耐破坏性。

20、综上所述，本发明中的耐高压硫酸亚铁钠（nfs）正极材料能有效提升钠电芯的能量密度。此正极材料能提高钠电芯的充电电压，降低电极表面与电解液发生的副反应，有效提升钠电芯的过充安全性和在高压工况下的循环稳定性。该材料为高压钠电提供了关键解决方案，通过提升能量密度有效摊薄了系统成本，为钠电池的广泛应用奠定了重要的规模化基础。此外，高耐压硫酸亚铁钠（nfs）正极材料的主材为固废元明粉（na2so4）,且制备工艺简单，该正极材料的核心价值，在于其赋予了固废元明粉（na2so4）作为关键原料的新身份。这种应用不仅直接赋能了钠电池性能的提升，更创造了一条“以废促产、以产消废”的产业协同路径，开辟了经济与环境效益双赢的新局面。

1.一种高耐压硫酸亚铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高耐压硫酸亚铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，硫酸钠、硫酸亚铁的摩尔比为1.25:1.75；碳纳米管的质量是总固体质量的1-5%。

3.根据权利要求1所述的高耐压硫酸亚铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，含氮小分子为二甲基咪唑、二氧化硫脲、尿素中的一种或几种，其质量是总固体质量的2-10%。其中二氧化硫脲中含有硫元素，为保证变量稳定，在使用二氧化硫脲时需补入一点的钠源。

4.根据权利要求1所述的高耐压硫酸亚铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，分散剂为柠檬酸、葡萄糖、草酸、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚丙烯酸铵中的一种。

5.根据权利要求1所述的高耐压硫酸亚铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，进行喷雾干燥时，进风温度调在230℃，出风温度调成110℃。

6.根据权利要求1所述的高耐压硫酸亚铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，进行烧结时，烧结气氛为氮气，烧结温度为300-380℃，升温速率为2℃/min，烧结保温时间为8-12h。

7.根据权利要求1所述的高耐压硫酸亚铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，利用气流粉碎机进行粉碎时，粒径粉碎到d50≤8um。

8.一种高耐压硫酸亚铁钠正极材料，其特征在于，所述正极材料由权利要求1-7任一项所述的方法制备得到。