一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料、其制备方法和一种正极片、电池与流程

本发明属于钠离子电池材料，具体涉及一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料、其制备方法和一种正极片、电池。

背景技术：

1、高性能二次电池作为最高效与最便捷的能量储存与转换器件对建立清洁的能源体系和实现规模化储能至关重要。钠离子电池以其资源丰富、分布广泛和成本低廉等优势被认为是锂离子电池的有益补充，是应用于大规模储能领域的理想器件之一。

2、磷酸焦磷酸铁钠材料是目前广泛研究的聚阴离子材料之一，其成本相对较低。然而液相法制备的磷酸焦磷酸铁钠，需要具有污染性的硝酸铁、或者价格较贵的乙酸亚铁，阻碍了其规模应用。目前固相法借鉴了磷酸铁锂的生产路线，铁源通常选择磷酸铁为原料，然而磷酸铁锂中铁磷比为1：1，磷酸焦磷酸铁钠中磷铁比大于等于4/3，当采用磷酸铁或者其他铁源时，需要补充磷源。通过原料和水混合研磨喷雾的方式制备磷酸焦磷酸铁钠，然而目前原料的固含量低、研磨时间长限制了其应用。

3、故基于此，提出本发明技术方案。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，所述磷酸焦磷酸铁钠正极材料由钠源、铁源、碳源和磷源制备得到；其中：

2、所述钠源包括聚磷酸钠；

3、所述铁源包括磷酸铁、三氧化二铁、四氧化三铁中的一种或两种以上的组合；

4、所述碳源包括柠檬酸钠、柠檬酸、油酸钠、油酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、葡萄糖、抗坏血酸、蔗糖、盐酸多巴胺、淀粉、氧化石墨烯、还原石墨烯、碳纳米管、科琴黑中的一种或两种以上的组合；

5、所述磷源包括聚磷酸钠。

6、优选地，所述碳源和铁源的摩尔比为0.01~10:1。

7、优选地，所述钠源为聚磷酸钠；

8、或，所述钠源为聚磷酸钠与其他钠源的组合；所述其他钠源包括碳酸氢钠、 碳酸钠、乙酸钠、 硝酸钠、 氢氧化钠、草酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或两种以上的组合。

9、优选地，当所述钠源为聚磷酸钠与其他钠源的组合时，所述聚磷酸钠中的钠原子与所述其他钠源中的钠原子的摩尔比≥1/20。

10、优选地，所述聚磷酸钠为多聚磷酸钠和/或偏磷酸钠；其中：

11、所述多聚磷酸钠的化学式为na(n+2)pno(3n+1)，n＞3；

12、所述偏磷酸钠的化学式为（napo3）m，m＞1。

13、优选地，所述多聚磷酸钠为四聚磷酸钠；所述偏磷酸钠为六偏磷酸钠。

14、优选地，所述磷源为聚磷酸钠；

15、或，所述磷源为聚磷酸钠与其他磷源的组合；所述其他磷源包括磷酸、磷酸二氢铵钠、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵钠、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸铵钠中的一种或两种以上的组合。

16、基于相同的技术构思，本发明的再一方案是提供一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

17、（1）在液相体系下，将原料混合后干燥，得到正极材料前驱体；

18、（2）将所述正极材料前驱体烧结，即得到磷酸焦磷酸铁钠正极材料。

19、优选地，步骤（2）中，所述烧结的气氛为惰性气氛和/或还原气氛；所述烧结的温度为400~600℃，所述烧结的时间为2~20h。

20、基于相同的技术构思，本发明再一方案是提供一种正极片，所述正极片包括集流体、导电添加剂、粘结剂和所述磷酸焦磷酸铁钠正极材料。

21、基于相同的技术构思，本发明再一方案是提供一种电池，所述电池包括所述磷酸焦磷酸铁钠正极材料或所述正极片。

22、本发明的有益效果为：

23、本发明通过引入聚磷酸钠作为合适的钠源磷源解决了现有的问题。首先聚磷酸钠具有较高的螯合作用，可和铁源螯合降低研磨难度，缩短研磨时间。其次聚磷酸钠作为磷源、钠源的同时也是一种表面活性剂，具有锁水的功效，避免了研磨过程中颗粒的团聚，因此可以提升原料的固含量；此外，聚磷酸与铁紧密螯合进一步增强了烧结材料的纯度，提升了材料比容量。

技术特征：

1.一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，所述磷酸焦磷酸铁钠正极材料由钠源、铁源、碳源和磷源制备得到；其中：

2.根据权利要求1所述磷酸焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，所述钠源为聚磷酸钠；

3.根据权利要求2所述磷酸焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，当所述钠源为聚磷酸钠与其他钠源的组合时，所述聚磷酸钠中的钠原子与所述其他钠源中的钠原子的摩尔比≥1/20。

4.根据权利要求1所述磷酸焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，所述聚磷酸钠为多聚磷酸钠和/或偏磷酸钠；其中：

5.根据权利要求4所述磷酸焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，所述多聚磷酸钠为四聚磷酸钠；所述偏磷酸钠为六偏磷酸钠。

6.根据权利要求1所述磷酸焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，所述磷源为聚磷酸钠；

7.权利要求1~6任一项所述磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述烧结的气氛为惰性气氛和/或还原气氛；所述烧结的温度为400~600℃，所述烧结的时间为2~20h。

9.一种正极片，其特征在于，所述正极片包括集流体、导电添加剂、粘结剂和权利要求1~7任一项所述磷酸焦磷酸铁钠正极材料。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1~7任一项所述磷酸焦磷酸铁钠正极材料或权利要求9所述正极片。

技术总结本发明属于钠离子电池材料技术领域，具体涉及一种磷酸焦磷酸铁钠正极材料、其制备方法和一种正极片、电池。所述磷酸焦磷酸铁钠正极材料由钠源、铁源、碳源和磷源制备得到。所述制备方法为：在液相体系下，将原料混合后干燥，得到正极材料前驱体；将正极材料前驱体烧结即可。本发明通过引入聚磷酸钠作为合适的钠源磷源解决了现有的问题。首先聚磷酸钠具有较高的螯合作用，可和铁源螯合降低研磨难度，缩短研磨时间。其次聚磷酸钠作为磷源、钠源的同时也是一种表面活性剂，具有锁水的功效，避免了研磨过程中颗粒的团聚，因此可以提升原料的固含量；此外，聚磷酸与铁紧密螯合进一步增强了烧结材料的纯度，提升了材料比容量。技术研发人员：周权受保护的技术使用者：钠思科（溧阳）新材料有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29