[发明专利]一种碳复合钠离子正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳复合钠离子正极材料的制备方法，包括以下步骤，S1、将硫酸亚铁、硫酸钠和碳基材料混合均匀，得到正极材料前驱体，S2、将所述正极材料前驱体在无氧条件下于300℃‑450℃进行烧结处理，得到碳复合钠离子正极材料，其中碳嵌入在钠离子正极材料当中。通过本申请方法制备得到的碳复合纳离子正极材料中，碳嵌入在钠离子正极材料当中，从而起到桥梁的作用，将Na_xFe_y(SO₄)_z颗粒串联到三维网络状碳基骨架中，能显著提高正极材料颗粒间的电荷传输能力，由于碳基材料的引入，抑制了杂质相的生产，目标材料产率显著提高。

技术领域

本发明涉及一种电池正极材料，特别涉及碳复合钠离子正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其具备高容量、高能量、循环可逆性好且产业化技术成熟等特点，已广泛应用于便携式电子产品、电动汽车等消费市场领域。但是，由于地壳中锂元素的含量有限，加上目前锂离子电池回收技术尚未成熟，导致锂离子电池生产成本及销售价格持续升高，限制了锂离子电池在未来大型储能系统的应用。因此，未来大规模储能技术迫切需要一种廉价的电化学储能设备和器件，实现可再生能源循环且高效的利用。钠离子电池由于钠元素资源丰富、能量转换效率高、循环寿命长、维护成本低，以及其与锂离子电池类似的工作原理，被公认为是未来大型储能系统理想的储能器件，可实现将来智能电网能量的实时储存和跨时调度。但是，钠离子电池的产业化发展远远没有达到锂离子电池的成熟度，尤其是正极材料的开发和研究进度缓慢，目前依然存在着储钠容量低、工作电位低、循环稳定性能差、高倍率特性不佳、制备成本高等诸多问题。寻找成本低廉且储钠性能优异的钠离子电池正极材料是钠离子储能电池实际应用的关键之一。

现有钠离子正极材料主要有含钠层状过渡金属氧化物，例如Na_1-xMO₂，M＝Mn,Ni,Co,Ti等，及聚阴离子型钒基磷酸盐，包括：NaVPO₄F,Na₃V₂(PO₄)₃和Na₃V₂(PO₄)₂F₃等材料，普遍存在合成过程中烧结温度高、储钠容量低、循环稳定性差、循环工作电位衰减明显、倍率性能不佳、生产成本高、经济效益和环境效益不理想等诸多问题。

纯相Na_xFe_y(SO₄)_z材料存在有杂质相、电导率低、储钠电化学性能差等缺点，表现出低的储钠比容量、较差的循环稳定性和倍率性能等。利用有机碳源进行原位碳层包覆改性是提高低电导率料正极材料及其电化学性能的一种常规方法，典型的案例为碳包覆处理的磷酸亚铁锂正极材料。但是，该方法运用到Na_xFe_y(SO₄)_z材料的改性技术中，由于Na_xFe_y(SO₄)_z材料非常低的制备温度，一般低于450℃，导致了以下几个问题：1、有机碳源碳化不充分，使得制备的表面碳层包覆自身电导率低，对提升Na_xFe_y(SO₄)_z材料的电导率作用不大。一般情况下，有机碳的碳化温度需高于750℃，才能获得较高的石墨化程度和优异的电导率；2、原位碳层包覆额外引入了一个具有低电导率的界面，不利用Na_xFe_y(SO₄)_z材料的电荷传输及钠离子在该界面的扩散；3、表面碳层包覆对Na_xFe_y(SO₄)_z材料本体电导率的提升和颗粒间的电荷传输能力的提高作用十分有限，因此如何得到一种碳与钠离子正极材料结合更好地复合材料以解决储钠容量低、工作电位低、循环稳定性能差、高倍率特性不佳、制备成本高等诸多问题是本领域亟需解决的问题。