[發明專利]一種改性磷酸鐵鈉復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 202210436639.9
• 申請日: 2022-04-24
• 公開（公告）號: CN114824212A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 蘇方哲;方明;曹棟強;龔麗鋒;王博;郝培棟;曹天福;許益偉;李曉升;鄧明;丁何磊;陳艷芬;柴冠鵬;張旭;鄭紅
• 申請（專利權）人: 浙江格派鈷業新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58
• 代理公司: 紹興市越興專利事務所(普通合伙) 33220
• 代理人: 沈蘭蘭

本發明屬于鈉離子電池正極材料領域，具體涉及一種改性磷酸鐵鈉復合材料的制備方法。本發明提供了一種改性磷酸鐵鈉復合材料的制備方法，包括以下步驟：（1）將鈉源和氧化石墨烯在混料機中混合均勻，向混合物中加入磷酸鐵和碳源，在混料機中混合均勻；（2）將步驟(1)得到的產物在氮氣氣氛下進行一次燒結，得到一燒材料；（3）將步驟(2)得到的一燒材料進行粉碎、過篩；（4）將步驟(3)得到的磷酸鐵鈉復合材料與鈦源和鎢源在混料機中混合均勻；（5）進行二次燒結，篩分后得到正極材料。本發明解決了磷酸鐵鈉電子導電性差、離子擴散速率慢的問題，改善了材料的比容量和倍率特性。采用Ti/W共包覆，增強了磷酸鐵鈉復合材料的循環穩定性。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池正極材料領域，具體涉及一種改性磷酸鐵鈉復合材料的制備方法。

背景技術

發展綠色儲能技術可有效緩解能源危機、環境污染等問題，鋰離子電池憑借其高能量密度、安全環保等優勢已成為當前最先進的儲能技術之一，但鋰資源有限、分布不均勻并且成本較高，使鋰離子電池的發展受阻。鈉與鋰屬于同一主族化學性質相近，且鈉具有豐富廣泛的資源、成本低等優勢，被認為是潛在的鋰離子電池可替代產品之一。

在諸多鈉離子電池正極材料中，聚陰離子型化合物以其優異的結構穩定性、安全性和合適的電壓平臺被認為是最有應用前景的一類電極材料。其中，磷酸鐵鈉材料原料豐富，價格低廉，具有三維的離子擴散通道，良好的安全性能，吸引了廣泛的關注。目前研究人員已經做出了大量的努力來改善磷酸鐵鈉電化學性質和結構穩定性，例如CN105161688A公開了一種碳包覆的磷酸鐵鈉-磷酸釩鈉復合材料及其制備方法，先制備得到釩酸鐵，然后以釩酸鐵為原料經過球磨、返磨、煅燒等步驟得到了碳包覆的磷酸鐵鈉-磷酸釩鈉。所得材料在2.0-4.0V電壓范圍內，1C倍率下，首次充放電克容量可達101.8mAh·g^-1；在充放電過程中，1C循環50次后，容量保持率可達96.5％。CN113526483A公開了一種磷鐵鈉礦型正極材料及其制備方法，采用低溫熱處理的溶膠-凝膠工藝制備，通過將碳酸鈉、草酸亞鐵或草酸亞鐵水合物、磷酸二氫銨或磷酸氫二銨混合，經過球磨、磁力攪拌、蒸干形成凝膠，烘干、低溫處理、高溫燒結、研磨得到磷鐵鈉礦型正極材料。所得材料在1.5-4.5V電壓范圍內，0.1C倍率下，首次充放電克容量可達154mAh·g^-1，在充放電過程中，1C循環50次后，容量保持率可達85.7％。雖然一定程度上改善了磷酸鐵鈉的電化學性能，但是操作過程復雜、成本高，并且其導電性、比容量以及倍率性能仍有進一步提升的空間。

因此，亟需開發一種操作簡單、高安全、低成本的磷酸鐵鈉正極材料，且所得正極材料具有更高的結構穩定性、熱穩定性和快速離子擴散動力學，有助于提高電池循環穩定性和安全性，對開發具有長壽命、高能量密度、高熱穩定性的鈉離子電池具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種改性磷酸鐵鈉復合材料的制備方法，具體方案如下：

一種改性磷酸鐵鈉復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將鈉源和氧化石墨烯在混料機中混合均勻，向混合物中加入磷酸鐵和碳源，在混料機中混合均勻；

(2)將步驟(1)得到的產物在氮氣氣氛下進行一次燒結，得到一燒材料；

(3)將步驟(2)得到的一燒材料進行粉碎、過篩；

(4)將步驟(3)得到的磷酸鐵鈉復合材料與鈦源和鎢源在混料機中混合均勻，所述鈦源的包覆量在0.2-0.8％，鎢源的包覆量在0.3-0.8％，所述混合時間為0.5-10h；

(5)將步驟(4)得到的產物在氮氣氣氛下進行二次燒結，篩分后得到Ti/W共包覆的磷酸鐵鈉復合材料。

步驟(1)添加物料的P元素、Fe元素、C元素、Na元素的摩爾比為1:1:2:1-1.05。

步驟(1)中氧化石墨烯與鈉源的重量比為0.5-1.5:1。