【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于鈉離子電池電極，具體涉及一種高倍率鈉離子電池正極材料及制備方法。
技術介紹
1、隨著可再生能源在國民經濟中的比重不斷上升，與之相配套的大規模儲能系統的開發也受到越來越多的重視。鈉離子電池作為一種原材料成本低，安全性較高的電化學儲能裝置，成為大規模儲能領域最有發展前景的系統之一。作為電池的關鍵組分，正極材料對整個鈉離子電池性能和成本的影響是巨大的。目前，鈉離子電池正極路線主要包括過渡金屬層狀氧化物、普魯士藍類似物、聚陰離子化合物等。其中，聚陰離子型的硫酸鐵鈉正極材料由于低廉的材料成本、較高的工作電壓(～3.8v)和穩定的循環性能受到了研究者們極大的關注，但是由于硫酸鐵鈉材料的本征導電性較差，使得材料的倍率性能不佳。而高倍率性能對于大規模儲能系統又是關鍵剛需，因此如何提高硫酸鐵鈉材料的倍率性能，是其能否進一步在大規模儲能領域應用的關鍵。
2、研究表明，與導電性強的碳材料進行復合可以一定程度上解決硫酸鐵鈉的導電性問題，目前的研究多從這一角度出發，如(《cn?118851274?a》，《cn?118472225a》，sciencebulletin,2023,68:1894–1903，nature?communications,2023,14:3701)等。利用這些現有技術，雖然能夠合成導電性明顯提高的硫酸鐵鈉復合材料以及較好的循環穩定性。但是材料在高倍率下的容量和循環性能依然不夠理想，其原因主要在于碳材料和硫酸鐵鈉晶體的復合屬于接觸式復合，并沒有改變硫酸鐵鈉晶體顆粒本征導電性差的難題。因此在較高的倍率下，材料難
技術實現思路
1、針對目前硫酸鐵鈉材料在高倍率下的容量和循環性能依然不夠理想的問題，本專利技術提供了一種新型單晶硫酸鐵鎂(和/或鈣)鈉復合電極材料及其制備方法，采用簡單的固相物理球磨及低溫煅燒方法，制備出一種硫酸鐵鎂(和/或鈣)鈉單晶和閃蒸石墨烯復合材料，通過mg和/或ca摻雜，大大提高了硫酸鐵鈉晶體的本征導電性，獲得了具備優異倍率性能的鈉離子電池復合正極材料。
2、為了達到上述目的，本專利技術采用了下列技術方案：
3、一種高倍率鈉離子電池正極材料，包括硫酸鐵鎂(和/或鈣)鈉單晶顆粒和閃蒸石墨烯；所述硫酸鐵鎂(和/或鈣)鈉的化學式為：na2+2xmyfe2-x-y(so4)3，其中x取值范圍為0.25～0.45，y的取值范圍為0.05～0.6，m為mg和/或ca元素。
4、進一步，所述硫酸鐵鎂(和/或鈣)鈉的化學式中，當m為mg和ca兩種元素共存時，mg和ca元素在m中的摩爾分數為：mg?0.01～0.99，鈣0.99～0.01。
5、進一步，所述硫酸鐵鎂(和/或鈣)鈉單晶顆粒和閃蒸石墨烯的質量配比為：硫酸鐵鎂(和/或鈣)鈉單晶顆粒85～97％、閃蒸石墨烯3～15％。
6、進一步，所述閃蒸石墨烯的焦耳熱處理溫度在3100～3300k，時間小于1s。
7、一種高倍率鈉離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：
8、s1，將七水硫酸亞鐵進行惰性氣氛管式爐熱處理，得到無水硫酸亞鐵；
9、s2，將無水硫酸亞鐵，無水硫酸鈉，無水硫酸鎂和/或無水硫酸鈣和閃蒸石墨烯在惰性氣氛球磨罐中球磨4～15h，得到焙燒前驅體；
10、s3，將焙燒前驅體置于惰性氣氛管式爐中320～380℃進行焙燒處理，升溫速率1.5～2℃/min，焙燒時間6～15h，得到硫酸鐵鎂(和/或鈣)鈉復合電極材料。
11、進一步，所述步驟1中熱處理溫度為250℃，時間為4～12h。
12、進一步，所述步驟2中惰性氣氛球磨罐中填充的氣體為氬氣或氮氣，球磨時間為4～12h。
13、與現有技術相比本專利技術具有以下優點：
14、(1)本專利技術針對目前硫酸鐵鈉電極材料本征導電性差，倍率性能不高的問題，創造性的引入了mg和/或ca元素對硫酸鐵鈉晶格進行改性，mg和/或ca的成功摻雜能夠改變晶格中fe原子的電子云分布，提高fe外層電子的離域能力，有效降低硫酸鐵鈉禁帶寬度，使得其導電性明顯提高，結合閃蒸石墨烯的良好導電網絡，復合材料的導電性能夠獲得明顯提高。
15、(2)本專利技術所提供的電極材料，具有制備方法簡單便捷，成本低廉，倍率性能好，循環穩定性好(>6000次)等優勢，在大規模儲能應用領域具備較強的市場競爭力。
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1.一種高倍率鈉離子電池正極材料，包括硫酸鐵鎂和/或鈣鈉單晶顆粒和閃蒸石墨烯；所述硫酸鐵鎂和/或鈣鈉的化學式為：Na2+2xMyFe2-x-y(SO4)3，其中x取值范圍為0.25～0.45，y的取值范圍為0.05～0.6，M為Mg和/或Ca元素。
2.根據權利要求1所述的一種高倍率鈉離子電池正極材料，其特征在于：所述硫酸鐵鎂和/或鈣鈉的化學式中，當M為Mg和Ca兩種元素共存時，Mg和Ca元素在M中的摩爾分數為：Mg0.01～0.99，鈣0.99～0.01。
3.根據權利要求1所述的一種高倍率鈉離子電池正極材料，其特征在于：所述硫酸鐵鎂和/或鈣鈉單晶顆粒和閃蒸石墨烯的質量配比為：硫酸鐵鎂和/或鈣鈉單晶顆粒85～97％、閃蒸石墨烯3～15％。
4.根據權利要求1所述的一種高倍率鈉離子電池正極材料，其特征在于：所述閃蒸石墨烯的焦耳熱處理溫度在3100～3300K，時間小于1S。
5.根據權利要求1所述的一種高倍率鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的一種高倍率鈉離子電池正極材料的制
7.根據權利要求5所述的一種高倍率鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟2中惰性氣氛球磨罐中填充的氣體為氬氣或氮氣，球磨時間為4～12h。
...【技術特征摘要】
1.一種高倍率鈉離子電池正極材料，包括硫酸鐵鎂和/或鈣鈉單晶顆粒和閃蒸石墨烯；所述硫酸鐵鎂和/或鈣鈉的化學式為：na2+2xmyfe2-x-y(so4)3，其中x取值范圍為0.25～0.45，y的取值范圍為0.05～0.6，m為mg和/或ca元素。
2.根據權利要求1所述的一種高倍率鈉離子電池正極材料，其特征在于：所述硫酸鐵鎂和/或鈣鈉的化學式中，當m為mg和ca兩種元素共存時，mg和ca元素在m中的摩爾分數為：mg0.01～0.99，鈣0.99～0.01。
3.根據權利要求1所述的一種高倍率鈉離子電池正極材料，其特征在于：所述硫酸鐵鎂和/或鈣鈉單晶顆粒和閃蒸石墨烯的質量配比為：硫酸鐵...
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