硫酸铁钠正极材料及其制备方法、正极片、钠离子电池和用电设备与流程

本申请涉及新能源，尤其涉及一种硫酸铁钠正极材料及其制备方法、正极片、钠离子电池和用电设备。

背景技术：

1、目前，研究较多的钠离子电池正极材料包括过渡金属层状氧化物、普鲁士蓝类似物、聚阴离子化合物等。其中，聚阴离子型材料与其他类型材料相比，具有循环稳定性好，热稳定性佳等优点。

2、高能量密度铁基聚阴离子型正极材料近年来受到研究者的广泛关注。na2fe2(so4)3作为一种优异的低成本铁基正极材料，具有在聚阴离子型材料中罕见的高达3.8v的可逆平台以及121mah/g的理论比容量，为高能量密度打下了坚实基础，从电化学性能角度分析，na2fe2(so4)3材料是一种很有应用前景的具有长循环寿命的正极材料。

3、但是现有的na2fe2(so4)3材料的材料稳定性较差，暴露空气中会吸水解离，加上其固有的导电性差的问题导致其产业化应用困难。而且现有技术中关于na2fe2(so4)3的制备方法都是基于成品钠源、硫源、铁源通过一定的方式混合之后再烧结成所需的正极材料，采购钠源、铁源、碳源等原材料进行合成制备在一定程度上带来了成本的增加，目前还未有针对从矿石原料中合成制备硫酸铁钠正极材料的报道。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种硫酸铁钠正极材料及其制备方法、正极片、钠离子电池、用电设备，以解决上述问题。

2、为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：

3、本申请第一方面提供一种硫酸铁钠正极材料，所述硫酸铁钠正极材料的化学式为na2fe2-x-y-z-ncoxalymnzcan(so4)3@ti2o3@c，其中，0＜x+y+z+n＜0.5，0.0005＜x＜0.485，0.0005＜y＜0.485，0.0005＜z＜0.485，0.0005＜n＜0.485，na2fe2-x-y-z-ncoxalymnzcan(so4)3为内核，ti2o3为第一包覆层包覆所述内核，c为第二包覆层包覆所述第一包覆层。

4、本申请第二方面还提供一种硫酸铁钠正极材料的制备方法，包括：

5、将赤铁矿用酸溶液溶解，得到第一溶液；

6、将第一溶液与还原性碳源、钠源、硫源混合，得到第二溶液；

7、将第二溶液进行干燥，得到前驱体；

8、将前驱体进行煅烧，得到硫酸铁钠正极材料。

9、本申请第三方面还提供一种硫酸铁钠正极材料，由上述第二方面的硫酸铁钠正极材料的制备方法制备得到。

10、本申请第四方面还提供一种正极片，包括上述第一方面或第三方面的硫酸铁钠正极材料。

11、本申请第五方面还提供一种钠离子电池，包括上述第四方面的正极片。

12、本申请第六方面还提供一种用电设备，包括上述第五方面的钠离子电池。

13、与现有技术相比，本申请的有益效果包括：

14、本申请的硫酸铁钠正极材料，利用al、mn、ca、co等元素，实现对硫酸铁钠正极材料的掺杂改性，形成一种多熵结构，提升了硫酸铁钠正极材料的离子电导率和电子电导率，进而提升了硫酸铁钠正极材料的循环稳定性。同时利用ti2o3实现对材料的包覆，有利于减少其吸水性，改善其空气稳定性。本申请的硫酸铁钠正极材料的碳包覆层可以实现对材料的完整包覆，提升材料的电子导电性，缓解相变，提升材料的稳定性。

15、本申请提供的硫酸铁钠正极材料的制备方法以赤铁矿为原料直接合成制备硫酸铁钠正极材料，通过一步酸溶之后实现矿石中微量杂质元素对材料掺杂改性，有效地利用矿石中伴生al、mn、ca、co元素对其进行掺杂改性，同时实现ti2o3对材料的包覆，提升材料的环境稳定性，省去矿石除杂过程，减短了工艺流程，有效降低了生产成本。该制备方法在酸溶过程中引入还原性碳源，一方面可以将金属元素还原到对应的价态，另一方面其在后续干燥及烧结过程中实现对材料的包覆，避免了电解液直接和材料接触，提升材料电化学性能。

16、本申请的硫酸铁钠正极材料制备得到的正极片、钠离子电池循环性能好，容量保持率高；用电设备电性能优异。

技术特征：

1.一种硫酸铁钠正极材料，其特征在于，所述硫酸铁钠正极材料的化学式为na2fe2-x-y-z-ncoxalymnzcan(so4)3@ti2o3@c，其中，0＜x+y+z+n＜0.5，0.0005＜x＜0.485，0.0005＜y＜0.485，0.0005＜z＜0.485，0.0005＜n＜0.485，na2fe2-x-y-z-ncoxalymnzcan(so4)3为内核，ti2o3为第一包覆层包覆所述内核，c为第二包覆层包覆所述第一包覆层。

2.根据权利要求1所述的硫酸铁钠正极材料，其特征在于，所述第二包覆层的平均厚度为0.5～5nm，所述第一包覆层中ti元素的质量相对所述硫酸铁钠正极材料为500～4000ppm。

3.一种权利要求1或2所述的硫酸铁钠正极材料的制备方法，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：

6.根据权利要求3至5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧包括一段煅烧和二段煅烧；和/或，

7.一种正极片，其特征在于，包括权利要求1或2所述的硫酸铁钠正极材料。

8.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求7所述的正极片。

9.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求8所述的钠离子电池。

技术总结本发明提供一种硫酸铁钠正极材料及其制备方法、正极片、钠离子电池和用电设备，涉及新能源技术领域。该硫酸铁钠正极材料利用Al、Mn、Ca、Co等元素，实现对硫酸铁钠正极材料的掺杂改性，提升离子电导率和电子电导率，进而提升循环稳定性。同时利用Ti<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;实现对材料的包覆，有利于减少其吸水性，改善其空气稳定性。碳包覆层可以实现对材料的完整包覆，提升材料的电子导电性，缓解相变，提升材料的稳定性。该制备方法以赤铁矿为原料直接合成制备硫酸铁钠正极材料，有效地利用矿石中伴生Al、Mn、Ca、Co、Ti元素，省去矿石除杂过程，减短了工艺流程，有效降低了生产成本。技术研发人员：彭伟佳,王晚林,吕栋梁,陈威,周来,朱健受保护的技术使用者：湖南长远锂科新能源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10