纳米晶橄榄石形磷酸铁钠及其制备方法、钠离子电池与流程

本发明涉及钠离子电池材料，特别涉及一种纳米晶橄榄石形磷酸铁钠及其制备方法、钠离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池由于其具有比容量高，循环寿命长，工作温度范围宽，自放电小，无记忆效应等特点，在笔记本电脑，移动电话，数码相机等便携式电子产品中得到了广泛应用。而随着经济的发展和全球资源的开发，锂的需求量大大增加，然而地球上锂的资源储量能否支持大规模储能应用，仍是备受争议的问题。钠在地壳中含量丰富，海水中也含有大量的钠。

2、钠离子电池正在成为目前先进储能技术领域的新兴热点，具有资源广泛、价格低廉、环境友好、安全可靠的特点，并被认为是替代锂离子电池用作电动汽车动力电源和大规模储能电站配套电源的理想选择。磷酸铁钠具有结构稳定、电压平台高、优异的热稳定性，原料易得、价格便宜和无毒无污染的优点，是钠离子电池常用的正极材料，具有较大的需求。

3、在钠离子电池中，nafepo4由于其具有同lifepo4相似的橄榄石型结构，同时具有较好的热稳定性，具有较好的应用前景。然而，现有技术中nafepo4难以通过传统的高温固相烧结法或溶胶凝胶法制取，生产制备难度较大。

4、因此，现有技术需要进行改进。

技术实现思路

1、现有技术中nafepo4难以通过传统的高温固相烧结法或溶胶凝胶法制取，生产制备难度较大。因此，本发明提供一种纳米晶橄榄石形磷酸铁钠及其制备方法、钠离子电池用于解决上述问题。为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种纳米晶橄榄石形磷酸铁钠的制备方法，其包括以下步骤：

2、s1、提供铁粉、磷酸、钠源和草酸为原料进行配料，其中所述铁粉、磷酸和钠源的原料量按照nafepo4摩尔比为1：1：1进行配比计算；

3、s2、将所述磷酸和草酸加入纯净水中，加入所述铁粉并加热搅拌浸泡；

4、s3、将浸泡反应后的物料进行球磨处理得到球形颗粒粉料，研磨4~8小时；

5、s4、加入氢氧化钠和碳源，继续研磨后进行喷雾干燥；

6、s5、通入保护性气体进行煅烧，煅烧温度为300～500℃、保温时间为6-20h，即得纳米晶磷酸钠铁预反应料；

7、s6、将所述预反应料进行磨砂处理，使得原料粒径d50在0.2~0.4μm，研磨后进行干燥；

8、s7、通入保护性气体进行二次煅烧，煅烧温度为600～800℃，保温时间为6-20h，得到纳米晶橄榄石形磷酸铁钠。

9、在一种实现方式中，在s1中，钠源为氢氧化钠，所述铁粉的纯度为99.2%。

10、在一种实现方式中，在s2中，加热温度50~65℃，浸泡反应时间为4~8小时。

11、在一种实现方式中，在s4中，所述碳源为葡萄糖和peg。

12、在一种实现方式中，在s4中，所述研磨包括在高能磨中进行研磨2~3小时。

13、在一种实现方式中，在s5和s7中，所述保护性气体为氮气。

14、在一种实现方式中，在s6中，进行磨砂处理后需要再次加入所述碳源。

15、在一种实现方式中，在s7中，得到的磷酸铁钠的平均单晶粒度小于300nm，平均粒度为15~35μm。

16、第二方面，本发明还提供一种纳米晶橄榄石形磷酸铁钠，其通过上述所述的纳米晶橄榄石形磷酸铁钠的制备方法制成。

17、第三方面，本发明还提供一种钠离子电池，其包括上述的纳米晶橄榄石形磷酸铁钠制成的正极材料。

18、有益效果：本发明提供的纳米晶橄榄石形磷酸铁钠及其制备方法、钠离子电池，通过球磨和砂磨工艺，能够有效控制粒径d50在0.2-0.4μm范围内，制得成品纯度高、单晶颗粒为纳米级颗粒的橄榄石形磷酸铁钠，能有效提高磷酸铁钠正极材料的克容量，循环寿命长，实现提高电池的充放电效率和循环稳定性；使用常见的化学原料，在合成过程中不需要昂贵或有毒的化学品，有利于降低成本和减少环境影响；采用化学法和半固相法结合的制备工艺，制备的纳米晶磷酸铁钠正极材料前驱体，具有原材料价格低廉、制备工艺精细且生产过程无任何废排、粉尘、绿色环保、性能优良、适用于工业化连续生产的优点，提供了充放电效率高和循环稳定性好的纳米晶橄榄石形磷酸铁钠及钠离子电池。

技术特征：

1.一种纳米晶橄榄石形磷酸铁钠的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的纳米晶橄榄石形磷酸铁钠的制备方法，其特征在于，在s1中，钠源为氢氧化钠，所述铁粉的纯度为99.2%。

3.根据权利要求1所述的纳米晶橄榄石形磷酸铁钠的制备方法，其特征在于，在s2中，加热温度50~65℃，浸泡反应时间为4~8小时。

4.根据权利要求1所述的纳米晶橄榄石形磷酸铁钠的制备方法，其特征在于，在s4中，所述碳源为葡萄糖和peg。

5.根据权利要求1所述的纳米晶橄榄石形磷酸铁钠的制备方法，其特征在于，在s4中，所述研磨包括在高能磨中进行研磨2~3小时。

6.根据权利要求1所述的纳米晶橄榄石形磷酸铁钠的制备方法，其特征在于，在s5和s7中，所述保护性气体为氮气。

7.根据权利要求1所述的纳米晶橄榄石形磷酸铁钠的制备方法，其特征在于，在s6中，进行磨砂处理后需要再次加入所述碳源。

8.根据权利要求1所述的纳米晶橄榄石形磷酸铁钠的制备方法，其特征在于，在s7中，得到的磷酸铁钠的平均单晶粒度小于300nm，平均粒度为15~35μm。

9.一种纳米晶橄榄石形磷酸铁钠，其特征在于，其通过权利要求1~8任意一项所述的纳米晶橄榄石形磷酸铁钠的制备方法制成。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的纳米晶橄榄石形磷酸铁钠制成的正极材料。

技术总结本发明涉及一种纳米晶橄榄石形磷酸铁钠及其制备方法，以及钠离子电池。制备方法包括：提供铁粉、磷酸、钠源和草酸为原料进行配料，其中所述铁粉、磷酸和钠源的原料量按照NaFePO<subgt;4</subgt;摩尔比为1：1：1进行配比计算；将所述磷酸和草酸加入纯净水中，加入所述铁粉并加热搅拌浸泡；将浸泡反应后的物料进行球磨处理得到球形颗粒粉料；加入氢氧化钠和碳源，继续研磨后进行喷雾干燥；通入保护性气体进行煅烧，得纳米晶磷酸钠铁预反应料；进行磨砂处理，使得原料粒径D50在0.2~0.4μm，研磨后进行干燥；进行二次煅烧，得到纳米晶橄榄石形磷酸铁钠。本发明提供了充放电效率高和循环稳定性好的纳米晶橄榄石形磷酸铁钠及钠离子电池。技术研发人员：李健,司徒白雪,金晶,李良受保护的技术使用者：深圳中芯能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29