[发明专利]生物质碳包覆磷酸铁钠的复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物质碳包覆磷酸铁钠的复合材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：配置氢氧化钠/尿素的水溶液，然后加入纤维素进行溶胀，再将其进行冷冻，解冻，最后得到混合溶液A；配置含有亚铁盐和磷酸二氢铵的混合溶液B；然后将混合溶液A加入到混合溶液B中，进行搅拌后，通过喷雾干燥得到磷酸铁钠前驱体；然后将得到的前驱体在惰性气氛中烧结，再经过破碎过筛得到生物质碳包覆磷酸铁钠的复合材料。纤维素作为碳源在喷雾干燥合成磷酸铁钠前驱体的过程中可以作为3D网络保持磷酸铁钠前驱体的形貌，经过煅烧后形成3D导电网络，提高复合材料的导电性、容量和循环。

技术领域

本发明涉及电池正极材料技术领域，特别是涉及一种生物质碳包覆磷酸铁钠的复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于钠在地球上储量丰富且成本低廉，因此钠离子电池在大规模储能领域有着良好的应用前景。而对于钠离子电池来说，正极材料是决定钠离子电池电化学性能的关键因素之一，因此开发高性能的正极材料对于钠离子电池的进一步发展具有重要意义。

磷酸铁钠具有结构稳定、电压平台高、优异的热稳定性，原料易得、价格便宜和无毒无污染的优点，是钠离子电池常用的正极材料。但是磷酸铁钠材料也存在一些缺陷，比如克容量低、电导率差、低温性能差等问题，这些缺陷限制了磷酸铁钠材料在钠离子电池中的进一步发展。因此开发一种具有优异的电化学性能的钠离子正极材料仍然是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的克容量低、电导率差、低温性能差等技术缺陷，而提供一种生物质碳包覆磷酸铁钠的复合材料的制备方法。

本发明的另一目的是提供上述制备方法获得的生物质碳包覆磷酸铁钠的复合材料。

本发明的另一目的是提供所述复合材料作为钠离子正极材料的应用

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种生物质碳包覆磷酸铁钠的复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，配置氢氧化钠/尿素的水溶液，然后加入纤维素进行溶胀，再将其进行冷冻，解冻，最后得到混合溶液A；

步骤2，配置含有亚铁盐和磷酸二氢铵的混合溶液B；

步骤3，然后将混合溶液A加入到混合溶液B中，进行搅拌后，通过喷雾干燥得到磷酸铁钠前驱体；

步骤4，然后将得到的前驱体在惰性气氛中烧结，再经过破碎过筛得到生物质碳包覆磷酸铁钠的复合材料。

在上述技术方案中，在氢氧化钠/尿素的水溶液中，氢氧化钠的质量百分数为7wt%~9wt%，尿素的质量百分数为10wt%~12wt%，在所述混合溶液A中，纤维素的质量与氢氧化钠/尿素的水溶液的质量比为(0.5~4):100。

在上述技术方案中，所述步骤1中，纤维素为可再生的棉花、竹浆粕、纸浆粕或甲基纤维素中的一种或多种。

在上述技术方案中，所述步骤1中，冷冻的温度为-10~-20℃，冷冻时间为3~10h。

在上述技术方案中，所述步骤2中，亚铁盐为FeSO₄、Fe(NO₃)₂、FeCl₂中的一种或多种。

在上述技术方案中，混合溶液B中，亚铁盐的浓度为0.7~1.2 mol/L，磷酸二氢铵与亚铁盐的摩尔比为1：1。

在上述技术方案中，所述步骤3中，混合溶液A加入的流速为1 ~10L/h；所述搅拌速度为500 ~1000r/min。

在上述技术方案中，所述步骤4中，烧结所需的惰性气氛为氩气、氮气或者氩氢混合气，烧结温度为500~750℃，烧结时间为5~20h。