[发明专利]中空球形Na

说明书

本发明公开了一种中空球形Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇/C复合物正极材料及其制备方法，包括：(1)表面活性剂溶于极性溶剂获得表面活性剂溶液，将表面活性剂溶液的pH调至1～4后，加入钠源、铁源、磷源和碳源并分散；(2)步骤(1)所得乳液转移至培养皿，于10℃～40℃温度下静置6h～24h，然后，于80℃‑120℃下加热处理8h～36h，得到前驱体；(3)前驱体置于惰性气氛中，于250℃～350℃温度下煅烧2h～6h，随后升温至500℃～700℃，继续煅烧6h～12h。本发明所得复合物正极材料可缓解充放电时钠离子脱嵌造成的体积变化，有效提高Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇的电导率和稳定性。

技术领域

本发明属于钠离子电池正极材料的制备领域，尤其涉及一种中空球形Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇/C 复合物正极材料及其制备方法。

背景技术

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，但目前传统化石能源煤、石油、天然气等仍然在全球能源结构中占有较大比例。化石能源储量的日益减少，以及其在利用过程中所造成的严重环境污染，迫使世界各国大力开展新能源体系及技术的研究。太阳能、风能等可再生能源具有资源丰富、环境友好等特点。但受自然条件的限制，这一类清洁能源具有间歇性和不稳定性，难以并网发电，因此必须利用大规模储能系统进行削峰填谷，以保障电网的稳定性和电力供应的连续性。目前已有的大规模储能技术包括抽水储能，压缩空气储能，飞轮储能和电化学储能等。与其他储能技术相比，电化学储能具有转换效率高、循环寿命长、维护费用低、功率和能量特性灵活等特点。

大规模电化学储能技术有多种路线，如铅酸电池、液流电池、高温钠硫电池以及锂离子电池等。然而铅酸电池、液流电池、高温钠硫电池均存在致命的固有缺陷，使得它们很难规模应用于储能系统。锂离子电池能量密度高、循环寿命长、清洁高效，理应是储能系统的首选。但近年来，随着我国电动汽车市场飞速发展所带来的锂金属的大量消耗，以及全球锂资源的分布不均(主要分布在南美国家)，未来我国锂离子电池产业的发展必然会受到上游锂矿石短缺的限制。与锂离子电池工作原理类似的钠离子电池因具有成本低廉、能量密度较高等特点，可能在大规模储能领域有用武之地。

尽管钠离子电池的研究起于上世纪八十年代，但发展并不顺利，其技术的成熟度也远不及锂离子电池，制约钠离子电池发展的主要瓶颈是缺乏可稳定脱嵌钠离子的长寿命正极材料。目前钠离子电池的正极材料主要包括层状氧化物、隧道型氧化物、普鲁士蓝类化合物和聚阴离子型化合物等。层状氧化物Na_xMO₂具有优异的电化学储钠活性，制备方法简单、能量密度较高，但材料的结构稳定性和循环性能较差。隧道型氧化物Na_xMO₂具有稳定的结构和循环性能，但其首周充电容量较低，导致电池的实际比能量非常低。普鲁士蓝类化合物 KMFe(CN)₆具有三维的开放结构，储钠活性高、循环稳定性和倍率性能较好、成本较低，但材料大规模制备工艺还存在较多亟待解决的问题。聚阴离子型化合物具有开放的框架结构、良好的结构稳定性和热稳定性以及稳定的电压平台等诸多优势而备受青睐。