【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鈉離子電池材料，尤其涉及一種利用界面聚合物原位包覆技術制備鈉離子電池正極材料na4fe3(po4)2p2o7的方法及其應用。
技術介紹
1、在鈉離子電池體系中，正極材料是決定電池能量密度、安全性、循環壽命等性能的關鍵因素。聚陰離子型正極材料具有成本低廉、熱穩定好和循環穩定性好、環境友好等優點。其中，鐵基復合磷酸鹽具有129mah/g的理論比容量，在低速動力和儲能領域具有良好的應用前景。
2、nfpp（焦磷酸磷酸鐵鈉）具有典型的nasicon（鈉超快導體）型結構，電子傳導遠弱于離子傳輸，嚴重制約了其性能的發揮，是最主要的短板。因此，導電網絡的有效構建至關重要，可通過有機碳源、無機碳源的篩選來調控。
3、利用有機前驅體轉化形成的碳包覆能夠有效提高材料的導電性，但是常用的葡萄糖、蔗糖、peg等碳源難以實現均勻包覆，且厚度和分布無法精準調控。
4、有鑒于此，特提出本專利技術。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提出一種利用表面活性劑指引酚醛樹脂原位聚合包覆鐵基聚陰離子正極材料na4fe3(po4)2p2o7的方法，該方法提高了碳包覆層的均勻性，調控碳包覆層厚度，構建有效的導電網絡，進而提升鈉離子電池的電化學性能，為新一代新型鈉離子電池正極材料的大規模生產提供技術儲備。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：
3、第一方面，本專利技術提供一種正極材料na4fe3(po4)2p2o7的制備方法，包括如下步
4、s1、將鐵源、表面活性劑和水、樹脂單體、催化劑、鈉源、磷源分階段添加得到混合體系；
5、s2、將步驟s1得到的混合體系脫泡，冷凍，干燥，得到粉末；
6、s3、將步驟s3得到的粉體燒結，得到碳包覆的鐵基聚陰離子正極材料na4fe3(po4)2p2o7。
7、本專利技術采用離子表面活性劑吸附于fepo4降低其表面能，誘導酚醛樹脂單體在fepo4表面的共形聚合包覆，最終經過高溫燒結在na4fe3(po4)2p2o7表面形成均勻碳包覆層。碳包覆層的厚度可以通過酚醛樹脂單體的添加量來調控。所制備的正極材料具有更好的碳包覆和導電性，應用于鈉離子電池中可進一步改善電池的倍率性能和循環性能。這種制備方法簡單高效，條件易于控制，具有良好的產業化前景。
8、上述制備方法中，步驟s1中，所述表面活性劑選自十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉中的至少一種。
9、上述制備方法中，步驟s1中，所述樹脂單體包括酚類化合物和醛類化合物。
10、上述制備方法中，步驟s1中，所述酚類化合物選自苯酚、間苯二酚和間苯三酚中的一種或多種，優選為間苯二酚。
11、上述制備方法中，步驟s1中，所述醛類化合物選自甲醛、多聚甲醛和乙醛中的一種或多種，優選為甲醛。
12、上述制備方法中，步驟s1中，所述催化劑選自甲酸、乙酸、草酸、酒石酸和鹽酸中的一種或多種，優選為乙酸。
13、上述制備方法中，步驟s1中，所述鐵源、表面活性劑、樹脂單體、催化劑的質量比為1：（0.005~0.01）：（0.01~0.1）：（0.005~0.01），優選為1：0.005：0.05：0.005。
14、上述制備方法中，步驟s1中，所述混合體系中，鈉：鐵：磷元素的摩爾比為（3.9~4.1）：（2.90~3.0）：4。
15、上述制備方法中，步驟s1中，所述鐵源選自磷酸鐵、草酸亞鐵和四氧化三鐵中的至少一種。
16、上述制備方法中，步驟s1中，所述鈉源選自碳酸鈉、十水合焦磷酸鈉、乙酸鈉、草酸鈉、檸檬酸鈉和磷酸鈉中的至少一種。
17、上述制備方法中，步驟s1中，所述磷源選自磷酸二氫鈉、磷酸鈉和磷酸中的至少一種。
18、上述制備方法中，步驟s1中，所述分階段添加按照下述操作進行：將鐵源、表面活性劑和水混合，得到分散液；繼續加入樹脂單體和催化劑，混合；再加入鈉源、磷源，混合，得到混合體系。通過對各物料投料順序的合理設計，能夠改善物料混合均勻程度，有利于后續反應充分進行，進而獲得均勻的碳包覆層及良好的電化學性能。
19、上述制備方法中，步驟s1中，所述混合使用行星式球磨儀，轉速為300~600rpm，時間為1~5h。
20、上述制備方法中，步驟s2中，所述脫泡的條件為：真空脫泡，攪拌速度為100~1000rpm，時間為1~5h。
21、上述制備方法中，步驟s2中，所述冷凍的條件為：溫度≤-50℃。
22、上述制備方法中，步驟s2中，所述干燥的條件為：使用冷凍干燥機，真空度<100pa，冷阱溫度為≤-50℃。
23、上述制備方法中，步驟s3中，所述燒結的條件為：惰性氣氛下，燒結溫度為450~550℃，時間為5~10h，升溫速率為0.5~5℃/min。
24、上述制備方法中，步驟s3中，所述惰性氣氛使用的氣體為氮氣、氬氣、氮氣-氫氣混合其、氬-氫氣混合氣。
25、第二方面，本專利技術還提供上述制備方法得到的碳包覆的正極材料na4fe3(po4)2p2o7。所述材料具有更好的碳包覆和導電性，應用于鈉離子電池中可進一步改善電池的倍率性能和循環性能。
26、所述正極材料包括基體及碳包覆層；所述碳包覆層的厚度范圍為1-10nm，優選為3.5-7.0nm。
27、第三方面，本專利技術還提供一種鈉離子電池，包括正極和負極；所述正極的材料包括上述的碳包覆的正極材料na4fe3(po4)2p2o7。所述鈉離子電池具有更好的倍率性能和循環性能。
28、與現有技術相比，本專利技術的有益效果體現在以下兩個方面：
29、（1）本專利技術采用離子表面活性劑吸附于fepo4，從而降低其表面能，誘導酚類化合物、醛類化合物在fepo4表面沉降，促進酚醛樹脂單體在fepo4表面的共形聚合包覆，最終經過高溫燒結在na4fe3(po4)2p2o7表面形成均勻碳包覆層。碳包覆層的厚度可以通過酚醛樹脂單體的添加量來調控。
30、（2）本專利技術中制備得到的正極材料具有更好的碳包覆和導電性，應用于鈉離子電池中可進一步改善電池的倍率性能和循環性能。該制備方法簡單高效，條件易于控制，具有良好的產業化前景。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種正極材料的制備方法，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述表面活性劑選自十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉中的至少一種；
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述鐵源、表面活性劑、樹脂單體、催化劑的質量比為1:（0.005~0.01）:（0.01~0.1）:（0.005~0.01）；
4.根據權利要求1-3中任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述鐵源選自磷酸鐵、草酸亞鐵和四氧化三鐵中的至少一種；
5.根據權利要求1-4中任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述分階段添加按照下述操作進行：將鐵源、表面活性劑和水混合，得到分散液；繼續加入樹脂單體和催化劑，混合；再加入鈉源、磷源，混合，得到混合體系；
6.根據權利要求1-5中任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述脫泡的條件為：真空脫泡，攪拌速度為100~1000rpm，時間為1~5h；
7.根據權利要求1-6中任一項
8.權利要求1-7中任一項所述的制備方法得到的碳包覆的正極材料Na4Fe3(PO4)2P2O7。
9.根據權利要求8所述的正極材料Na4Fe3(PO4)2P2O7，其特征在于，所述正極材料包括基體及碳包覆層；
10.一種鈉離子電池，包括正極和負極；所述正極的材料包括權利要求8或9所述的碳包覆的正極材料Na4Fe3(PO4)2P2O7。
...【技術特征摘要】
1.一種正極材料的制備方法，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述表面活性劑選自十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉中的至少一種；
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述鐵源、表面活性劑、樹脂單體、催化劑的質量比為1:（0.005~0.01）:（0.01~0.1）:（0.005~0.01）；
4.根據權利要求1-3中任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述鐵源選自磷酸鐵、草酸亞鐵和四氧化三鐵中的至少一種；
5.根據權利要求1-4中任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述分階段添加按照下述操作進行：將鐵源、表面活性劑和水混合，得到分散液；繼續加入樹脂單體和催化劑，混合；再加入鈉...
【專利技術屬性】
技術研發人員：秦冰，吳邦，王瑩，汪偉偉，劉興亮，
申請(專利權)人：合肥國軒高科動力能源有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。