[发明专利]一种均相法制备Na4

说明书

本发明公开了一种均相法制备Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)的方法及应用，其制备方法如下：将碳源、铁源、钠源、磷源按照一定化学计量比混合，加入有机溶剂经砂磨形成均相分散体系；喷雾干燥后得到前驱体并在惰性气氛中烧结，获得Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)粉体。本发明的方法可显著改善Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)微纳米粉体的团聚现象，改善粉体形貌和电性能，所使用的有机溶剂可经冷却系统回收二次利用，而有机溶剂汽化潜热远低于水，节省加热功耗。本发明制备的Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)正极材料相比现有的过渡金属氧化物、普鲁士蓝类和钒基聚阴离子型化合物正极材料，其成本更低廉、循环稳定性更好、绿色无污染，可为商品化钠离子电池提供一种理想正极。

技术领域

本发明属于电池电极材料粉体制备技术领域，特别是涉及一种均相法制备Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)的方法及应用。

背景技术

为了应对化石燃料的过度消耗而导致的能源和环境问题，世界各国将太阳能、风能等可再生能源纳入智能电网的建设中。然而，可再生能源的间歇性和不稳定性使其不利于接入电网，因此电化学储能成为了高效利用可再生能源的关键。储能系统装机容量大，对电化学储能技术的效率、安全性和经济性均提出了较高的要求。钠离子电池工作原理与锂离子电池类似，且钠盐储量更丰富、开采简单，在大规模应用方面更具优势。

钠离子正极材料的种类及其丰富，包括氧化物类、普鲁士蓝类以及聚阴离子类，但就资源的丰富性、材料的总体成本、材料的电化学性能以及环境可持续性而言，聚阴离子型正极材料无疑是最佳的选择。其中，Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)以其良好的结构稳定性和环境友好性受到了广泛的关注。然而为了获得纯相的Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)，必须保证所有的前驱体盐达到纳米级的均匀混合。湿法均相砂磨联合喷雾干燥是一种实现粒径均匀球形粉体批量制备的有效方法，但关于合成Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)粉体工业化推广方面的报道几乎没有。

发明内容

为能够实现前驱体盐在纳米尺度上的均匀分散，提高粉体的纯度和电性能，促进材料的工业化推广和应用，本发明提供了一种均相法制备Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)的方法，包括以下步骤：

（1）按照化学计量比分别称取钠源、铁源、磷源和碳源，加入有机溶剂进行分散；

（2）将分散液置于砂磨机中，加入砂磨介质，湿法砂磨2-10 h，粒径控制在1-0.1 μm之间；

（3）将砂磨后的反应液转入喷雾干燥机中，进行喷雾造粒；