一种钠电正极材料硫酸铁钠的制备方法与流程

本发明涉及电极材料的，具体涉及一种钠电正极材料硫酸铁钠的制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着全球电动汽车行业的快速发展，电动汽车动力电池的产能成为了限制电动汽车发展的瓶颈。电池正极材料主要采用三元锂电池，但由于碳酸锂价格持续高涨，大力发展钠离子电池成为现在的热门方向。一方面是因为钠资源十分丰富，不会成为限制发展的资源；另一方面是因为钠资源便宜，碳酸钠价格为3000~5000元/吨，而碳酸锂价格为90000~150000元/吨，相比碳酸锂，碳酸钠具有很大的价格优势。此外，虽然钠离子的半径虽然要大于锂离子，但其斯托克斯半径要小于锂离子，在电解液中的传输速度要快于锂离子，因而其低温和倍率性能要优于锂离子电池。

2、现有钠离子电池正极材料种类较多，正在研究和开发的有100多种，但主流的钠离子正极材料有镍钴锰三元钠电正极材料、硫酸铁钠正极材料、聚阴离子型钠电正极材料、普鲁士系列钠电正极材料等。钠离子正极材料和钠离子电池正处于产业化和高速发展阶段，正极材料路线尚未完全定型。从市场未来发展来看，随着技术的发展和产业链的形成，未来钠离子电池将在动力和储能两个市场起着举足轻重的作用。

3、现有钠电正极材料的制备存在工艺流程长，能耗高，生产成本高，制备出的材料压实密度和容量偏低等缺点。例如专利cn115863570a中采用两步法制备了硫酸铁钠正极材料。其先采用硫酸钠、硫酸铁、硫酸氧钒、尿素为原料在130~150℃下采用高温高压水热反应1~2h制备得到黄钠铁钒。第二步采用制得的黄钠铁钒、硫酸钠、磷酸和碳酸氢铵为原料经过球磨、喷雾干燥，然后在400~550℃下煅烧6~9h制得硫酸铁钠正价材料。其制备的工艺流程长，工艺较复杂，第一步黄钠铁钒的制备为水热法，需要采用压力容器，且制备结晶温度较高（130~150℃），第二步需要采用球磨、喷雾干燥、高温煅烧等能耗高、耗时长的工艺，工艺流程长、能耗高、不利于产业化。此外，制备出的硫酸铁钠正极材料压实密度偏低（2.0~2.2g/cc），0.1c放电容量也偏低(100~110mah/g)。

技术实现思路

1、针对现有技术中钠电正极材料的制备存在工艺流程长，能耗高，生产成本高，制备出的材料压实密度和容量偏低等缺点的问题，本发明提供一种钠电正极材料硫酸铁钠的制备方法，以解决上述问题。本发明采用铁源、钠源、硫酸/硫酸盐等原料，在较低温度下沉淀结晶，制备出结晶度高的硫酸铁钠正极材料。本发明具有工艺流程短，工艺简单、能耗低，易于产业化等优点，且制备出的硫酸铁钠正极材料具有压实密度高（2.42-2.47g/cc）、0.1c放电容量高（128-130mah/g）等优点。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种钠电正极材料硫酸铁钠的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）分别配制铁源的水溶液和钠源的水溶液，备用；然后往铁源的水溶液中加入酸；

5、（2）将钠源水溶液加入到铁源水溶液中，制得浆料；

6、（3）加入氧化剂，再加入碱液调节ph值到3~5；

7、（4）90~100℃下结晶反应3~5h，反应后产物经洗涤烘干后，得到钠电正极材料硫酸铁钠；

8、所述铁源为硫酸亚铁、硝酸亚铁，草酸亚铁或氯化亚铁中的至少一种；所述钠源为磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠或硫酸氢钠中的至少一种；所述酸为浓硫酸、硝酸、盐酸或次氯酸中的一种；并且，铁源、钠源和酸中至少一方含有硫酸根或硫酸氢根。

9、进一步的，所述步骤（2）中，浆料中钠、铁和硫酸根与硫酸氢根总和的摩尔比为1:3:2.0~2.5。

10、进一步的，所述步骤（2）中，钠源水溶液加入铁源水溶液的时间为50~90min；优选为70min。

11、进一步的，所述步骤（2）中，钠源水溶液加入到连续搅拌的铁源水溶液中，搅拌速率为100~600 rpm。

12、进一步的，所述步骤（3）中，氧化剂为双氧水、氧气、空气、臭氧、过氧乙酸或高锰酸钾的至少一种。

13、进一步的，所述步骤（3）中，碱液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸氢二钠或磷酸三钠中的至少一种。

14、进一步的，所述步骤（4）中，结晶反应时进行搅拌，搅拌速度为100~600 rpm。

15、进一步的，所述步骤（4）中，烘干温度为100~150℃，烘干时间为5~10h。

16、本发明的有益效果在于：

17、本发明采用铁源、钠源、硫酸/硫酸盐等为原料，在较低温度（90~100℃）下的沉淀结晶反应制备出硫酸铁钠正极材料，具有工艺流程短，能耗低，易于产业化等优点，且制备出的硫酸铁钠正极材料具有压实密度高、容量高等特点。

技术特征：

1.一种钠电正极材料硫酸铁钠的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的钠电正极材料硫酸铁钠的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，浆料中钠、铁和硫酸根与硫酸氢根总和的摩尔比为1:3:2.0~2.5。

3.如权利要求1所述的钠电正极材料硫酸铁钠的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，钠源水溶液加入铁源水溶液的时间为50~90min。

4.如权利要求1所述的钠电正极材料硫酸铁钠的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，钠源水溶液加入铁源水溶液的时间为70min。

5. 如权利要求1所述的钠电正极材料硫酸铁钠的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，钠源水溶液加入到连续搅拌的铁源水溶液中，搅拌速率为100~600 rpm。

6.如权利要求1所述的钠电正极材料硫酸铁钠的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，氧化剂为双氧水、氧气、空气、臭氧、过氧乙酸或高锰酸钾的至少一种。

7.如权利要求1所述的钠电正极材料硫酸铁钠的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，碱液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸氢二钠或磷酸三钠中的至少一种。

8. 如权利要求1所述的钠电正极材料硫酸铁钠的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，结晶反应时进行搅拌，搅拌速度为100~600 rpm。

9.如权利要求1所述的钠电正极材料硫酸铁钠的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，烘干温度为100~150℃，烘干时间为5~10h。

技术总结本发明涉及一种钠电正极材料硫酸铁钠的制备方法，属于电极材料的技术领域。包括以下步骤：（1）分别配制铁源的水溶液和钠源的水溶液，备用；然后往铁源的水溶液中加入酸；（2）将钠源溶液加入到铁源溶液中，制得浆料；（3）加入氧化剂，再加入碱液调节pH值到3~5；（4）90~100℃下结晶反应3~5h，反应后产物经洗涤烘干后，得到钠电正极材料硫酸铁钠。本发明采用铁源、钠源、硫酸/硫酸盐等为原料，在较低温度下的沉淀结晶反应制备出硫酸铁钠正极材料，具有工艺流程短，能耗低，易于产业化等优点，且制备出的硫酸铁钠正极材料具有压实密度高、容量高等特点。技术研发人员：李智,梁富忠,邓子昭,庞伟,童功松受保护的技术使用者：新洋丰农业科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12