[發明專利]一種鈉離子電池電極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010102575.X
• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN111232942A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 代汗清;陳媛媛;郭睿倩;張國旗;葉懷宇
• 申請（專利權）人: 深圳第三代半導體研究院
• 主分類號: C01B25/37
• 分類號: C01B25/37;H01M4/58;H01M10/054
• 代理公司: 北京中知法苑知識產權代理有限公司 11226
• 代理人: 閻冬

本發明提供了一種鈉離子電池電極材料及其制備方法,包括以下制備步驟：S1.將(NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O，H₃PO₄，尿素，十二烷基硫酸鈉溶解在去離子水中，得到第一混合溶液；S2.將第一混合溶液放入高壓釜中加熱；S3.高壓釜冷卻至室溫后，洗滌產物，并在干燥，得到Fe₃(PO₄)₂微材料,所述電極材料為窄帶隙Fe₃(PO₄)₂微材料_,所述窄帶隙為0.2eV?2eV,所述窄帶隙Fe₃(PO₄)₂作為陰極材料，所述窄帶隙Fe₃(PO₄)₂為層狀結構。

技術領域

本發明涉及鈉離子電池的電極材料領域，尤其涉及一種窄帶隙Fe₃(PO₄)₂電極材料及其制備方法。

背景技術

如今，煤炭和石油的大量消費帶來了諸如氣候變化和環境污染等許多重大后果，清潔能源已經在全世界范圍內擴散。由于這些能源的發電量隨四個季節而波動，因此當它們通過智能電網重新分配和利用時，它們需要廉價，高效的固定儲能系統。因此，已經期望相對成熟的鋰離子電池(LIBs)改善綠色能源的發展。然而，漸進奇觀的市場引起了人們對可開采鋰資源短缺的普遍關注。因此，考慮鈉離子電池(SIBs)的目的是提供一種具有成本效益的選擇，由于其具有競爭力的成本效益和豐富的資源，因此可以不受資源和供應風險的影響，其性能超過了市場上的其他可充電電池。

最近，有報道稱SIBs的廣泛陰極材料是雨后冒出的竹筍，氟化物和氟氧化物(FeF₃/C[D.Ma,H.Wang,Y.Li,D.Xu,S.Yuan,X.Huang,X.Zhang,Y.J.N.E. Zhang,In situgenerated FeF₃ in homogeneous iron matrix toward high-performance cathodematerial for sodium-ionbatteries,Nano Energy,10(2014)295-304.]，Fe-金屬有機骨架(MOFs)[Y.Hou,T.Huang,Z.Wen,S.Mao,S.Cui,J.J.A.E.M.Chen, Metal-organicframework-derived nitrogen-doped core-shell-structured porous Fe/Fe 3C@Cnanoboxes supported on graphene sheets for efficient oxygen reductionreactions,Adv.EnergyMater.,4(2014)1400337.]和FeO_0.7F_1.3/C[Y.N.Zhou,M. Sina,N.Pereira,X.Yu,G.G.Amatucci,X.Q.Yang,F.Cosandey,K.W.J.A.F.M.Nam, FeO_0.7F_1.3/CNanocomposite as a High-Capacity Cathode Material for Sodium-Ion Batteries,Adv.Funct.Mater.,25(2015)696-703.])，NaFePO₄[Y.Zhu,Y.Xu,Y.Liu, C.Luo,C.J.N.Wang,Comparison of electrochemical performances of olivine NaFePO₄ insodium-ion batteries and olivine LiFePO₄ in lithium-ion batteries, Nanoscale,5(2013)780-787.]、[N.Wongittharom,T.-C.Lee,C.-H.Wang,Y.-C. Wang,J.-K.J.J.o.M.C.A.Chang,Electrochemical performance of Na/NaFePO₄ sodium-ionbatteries with ionic liquid electrolytes,J.Mater.Chem.A,2(2014) 5655-5661.]和FePO₄[Y.Fang,L.Xiao,J.Qian,X.Ai,H.Yang,Y.J.N.l.Cao, Mesoporous amorphous FePO₄nanospheres as high-performance cathode material for sodium-ion batteries,Nano Lett.,14(2014)3539-3543.]、[P.Moreau,D. Guyomard,J.Gaubicher,F.J.C.o.M.Boucher,Structure and stability of sodium intercalated phases inolivine FePO₄,Chem.Mat.,22(2010)4126-4128.])等。然而，上述陰極材料的帶隙較寬和離子擴散距離長導致離子電導率和電子電導率一般，因此嚴重限制了它們的商業應用。此外，這些陰極材料難以在室溫下達到理論電化學性能。