[發明專利]全氣候儲能片層狀聚陰離子化合物正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110994269.6
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113809293A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 劉海梅;李小強;秦凱;張渝;張伯倫
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/60
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供一種全氣候儲能片層狀聚陰離子化合物正極材料及其制備方法，屬于儲能材料領域。該正極材料包括聚陰離子化合物以及負載在該化合物表面的非晶碳層，經本發明改性后的片層狀的聚陰離子化合物有效的解決了聚陰離子正極材料在全氣候中遇到的問題，可以在低溫、常溫和高溫中均有較好的電化學性能，而且制備方法簡單，適合于大規模應用。

技術領域

本發明屬于儲能材料領域，涉及一種全氣候儲能片層狀聚陰離子化合物正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著風能、太陽能、潮汐能等清潔能源的快速發展，高效儲能設施也得到了快速的發展。在眾多儲能設備中，鈉離子電池因其獨特的優勢被認為將應用于儲能領域。然而，對于大規模儲能設備來說，不僅需要低成本、良好的循環性能、安全性能，還需要很強的環境適應性能。目前一些關于鋰離子電池(LIBs)和超級電容器的研究工作表明，當溫度50℃時會發生強烈的電解質對流引起的電極/電解質界面的結構退化，低充電/放電效率和差的循環穩定性；在低溫下電解液的粘度增大，離子傳導速度變慢，造成外電路電子遷移速度不匹配，因此電池出現容量急劇減低。

聚陰離子型化合物作為新型鈉離子電池的熱門正極材料，由于其獨特的大骨架結構和良好的熱穩定性，即使在沙漠和極地等極端環境下，也具有良好的循環穩定性和較寬的工作溫度，被認為是鈉離子電池(SIBs)的優異正極材料之一。然而，盡管有這些吸引人的特征，但是聚陰離子化合物固有的電化學反應動力學緩慢，導致在實踐中鈉的儲存性能較差。另一方面，為了開發高溫鈉離子電池(SIBs)，還需要從電池內部快速移除一些放熱反應產生的熱量。否則，電池內部溫度會升高，這可能會引發一些有害反應，甚至災難性的爆炸。可見，散熱問題是高溫大功率鈉離子電池(SIBs)陰極材料的另一個挑戰。因此，解決正極材料在全氣候中遇到的問題是決定鈉離子電池能否商業化發展的關鍵。

發明內容

為解決上述問題，提供一種全氣候儲能片層狀聚陰離子化合物正極材料及其制備方法，本發明采用了如下技術方案：

本發明提供了一種全氣候儲能片層狀聚陰離子化合物正極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一，將磷源和油酸加入到球磨罐中進行一次球磨，得到第一混合物；步驟二，將液體石蠟或司班80加入到第一混合物中進行二次球磨，得到第二混合物；步驟三，將鐵源加入到N-甲基吡咯烷酮中進行超聲分散，得到第三混合物；步驟四，將第三混合物加入到第二混合物中，進行三次球磨，得到第四混合物；步驟五，將鈉源加入到第四混合物中，進行四次球磨，得到前驅體；步驟六，將前驅體放入烘箱中進行干燥處理，將干燥處理后的前驅體依次在空氣和惰性氣體中進行煅燒，得到鈉離子電池正極材料。

本發明提供的全氣候儲能片層狀聚陰離子化合物正極材料的制備方法，還可以具有這樣的特征，其中，一次球磨、二次球磨、三次球磨以及四次球磨的轉速均為750r/min。

本發明提供的全氣候儲能片層狀聚陰離子化合物正極材料的制備方法，還可以具有這樣的特征，其中，磷源在理論用料的基礎上過量2％-4％，液體石蠟的質量是油酸的兩倍。

本發明提供的全氣候儲能片層狀聚陰離子化合物正極材料的制備方法，還可以具有這樣的特征，其中，磷源為磷酸氫二銨，鐵源為二水合草酸鐵，鈉源為無水碳酸鈉，惰性氣體為氫氣與氬氣組成的混合氣體。

本發明提供的全氣候儲能片層狀聚陰離子化合物正極材料的制備方法，還可以具有這樣的特征，其中，步驟六中，得到鈉離子電池正極材料的最終反應時間為12h。

本發明還提供了一種全氣候儲能片層狀聚陰離子化合物正極材料，其特征在于：根據上述的全氣候儲能片層狀聚陰離子化合物正極材料的制備方法制備而成。

本發明提供的全氣候儲能片層狀聚陰離子化合物正極材料，其特征在于，包括聚陰離子化合物以及非晶碳層，其中，非晶碳層負載于聚陰離子化合物表面上。

本發明提供的全氣候儲能片層狀聚陰離子化合物正極材料，還可以具有這樣的特征，其中，聚陰離子化合物為焦磷酸鹽或混合焦磷酸鹽。