[發明專利]中空球形Na

有效

• 申請號: 201710272720.7
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107069012B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 趙光金;陳重學;蒲想軍
• 申請（專利權）人: 國網河南省電力公司電力科學研究院;武漢大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 42222 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 胡艷

本發明公開了一種中空球形Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇/C復合物正極材料及其制備方法，包括：(1)表面活性劑溶于極性溶劑獲得表面活性劑溶液，將表面活性劑溶液的pH調至1～4后，加入鈉源、鐵源、磷源和碳源并分散；(2)步驟(1)所得乳液轉移至培養皿，于10℃～40℃溫度下靜置6h～24h，然后，于80℃?120℃下加熱處理8h～36h，得到前驅體；(3)前驅體置于惰性氣氛中，于250℃～350℃溫度下煅燒2h～6h，隨后升溫至500℃～700℃，繼續煅燒6h～12h。本發明所得復合物正極材料可緩解充放電時鈉離子脫嵌造成的體積變化，有效提高Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇的電導率和穩定性。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池正極材料的制備領域，尤其涉及一種中空球形Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇/C 復合物正極材料及其制備方法。

背景技術

能源是人類社會賴以生存和發展的重要物質基礎，但目前傳統化石能源煤、石油、天然氣等仍然在全球能源結構中占有較大比例。化石能源儲量的日益減少，以及其在利用過程中所造成的嚴重環境污染，迫使世界各國大力開展新能源體系及技術的研究。太陽能、風能等可再生能源具有資源豐富、環境友好等特點。但受自然條件的限制，這一類清潔能源具有間歇性和不穩定性，難以并網發電，因此必須利用大規模儲能系統進行削峰填谷，以保障電網的穩定性和電力供應的連續性。目前已有的大規模儲能技術包括抽水儲能，壓縮空氣儲能，飛輪儲能和電化學儲能等。與其他儲能技術相比，電化學儲能具有轉換效率高、循環壽命長、維護費用低、功率和能量特性靈活等特點。

大規模電化學儲能技術有多種路線，如鉛酸電池、液流電池、高溫鈉硫電池以及鋰離子電池等。然而鉛酸電池、液流電池、高溫鈉硫電池均存在致命的固有缺陷，使得它們很難規模應用于儲能系統。鋰離子電池能量密度高、循環壽命長、清潔高效，理應是儲能系統的首選。但近年來，隨著我國電動汽車市場飛速發展所帶來的鋰金屬的大量消耗，以及全球鋰資源的分布不均(主要分布在南美國家)，未來我國鋰離子電池產業的發展必然會受到上游鋰礦石短缺的限制。與鋰離子電池工作原理類似的鈉離子電池因具有成本低廉、能量密度較高等特點，可能在大規模儲能領域有用武之地。

盡管鈉離子電池的研究起于上世紀八十年代，但發展并不順利，其技術的成熟度也遠不及鋰離子電池，制約鈉離子電池發展的主要瓶頸是缺乏可穩定脫嵌鈉離子的長壽命正極材料。目前鈉離子電池的正極材料主要包括層狀氧化物、隧道型氧化物、普魯士藍類化合物和聚陰離子型化合物等。層狀氧化物Na_xMO₂具有優異的電化學儲鈉活性，制備方法簡單、能量密度較高，但材料的結構穩定性和循環性能較差。隧道型氧化物Na_xMO₂具有穩定的結構和循環性能，但其首周充電容量較低，導致電池的實際比能量非常低。普魯士藍類化合物 KMFe(CN)₆具有三維的開放結構，儲鈉活性高、循環穩定性和倍率性能較好、成本較低，但材料大規模制備工藝還存在較多亟待解決的問題。聚陰離子型化合物具有開放的框架結構、良好的結構穩定性和熱穩定性以及穩定的電壓平臺等諸多優勢而備受青睞。