[发明专利]一种硫酸铁钠复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及钠离子电池技术领域，具体涉及一种硫酸铁钠复合正极材料及其制备方法，其中制备方法包括，第一步，将公斤级FeSOsubgt;4/subgt;、Nasubgt;2/subgt;SOsubgt;4/subgt;及碳基材料进行破碎并混合均匀，得到正极材料前驱体，任意量所述前驱体中FeSOsubgt;4/subgt;、Nasubgt;2/subgt;SOsubgt;4/subgt;及碳基材料的质量比与投料比相同；第二步，所述前驱体在压强为0.001GPa～5GPa的作用下，受压得到成型料；第三步，将所述成型料在300～400℃的温度下烧结得到硫酸铁钠复合正极材料。本发明基于前驱体材料的混合均匀性，并结合高压成型，提高各前驱体颗粒间的紧合度，降低各前驱体材料在低温烧结过程中的原子扩散能垒，提高产率及产品一致性。

技术领域

本发明涉及钠离子电池技术领域，特别涉及一种硫酸铁钠复合正极材料及其制备方法。

背景技术

钠离子电池的主要构成为正极、负极、隔膜、电解液和集流体，其中正极材料和负极材料的结构及性能决定着整个电池的储钠性能。钠离子电池负极材料一般选用硬碳材料，而正极材料现有层状氧化物、聚阴离子型化合物和普鲁士蓝类化合物三种主流技术路线。相比于其他两种正极材料，聚阴离子型正极材料具有高的工作电压、稳定的晶体结构、优异的储钠动力学特性等特点，硫酸铁钠作为聚阴离子型材料的一种，还兼具原材料成本低、制备工艺简单、绿色环保无污染、生产能耗低等优势，被认为是钠离子电池产业化最具可能性的正极材料。

现有技术中，硫酸铁钠正极材料的制备方法主要包括如下：

其一，采用球磨与压制成型相结合，并烧结成型；由于钠盐、铁盐和碳基材料等组分材料的材质、硬度、密度和原始粒径等物理化学性质的差异性，使得高能行星球磨过程中各组分粉碎程度不同、易分层或者形成局部板结成团，导致所制备的前驱体材料混合不均匀，经烧结后形成的材料一致性差，无法得到混合均匀的前驱体材料，烧结时容易形成非活性的杂质相存在。另一方面，采用行星式高能球磨制备技术，所需要的球料比高，能量因为球和罐子的相互作用大部分以热的形式流失，导致成品材料的生产效率极低，并且生产能耗高，严重阻碍该合成技术在硫酸铁钠基材料大规模量产中的应用；

其二，采用气流磨后直接烧结成型；气流磨后颗粒与颗粒之间的距离一般处于亚微米级别或者纳米级别，前驱体界面之间的紧合度不佳，进而无法降低烧结过程中物料热扩散阻力，导致制备的材料一致性差，严重影响硫酸铁钠正极材料的电化学储钠性能。

与此同时，硫酸铁钠正极材料的制备目前正处于实验室开发阶段，还无法达到商业化量产规模；而影响正极材料量产性能的因素不仅包括制备方法，还包括组分间的配比等，因此发明研制了一种硫酸铁钠复合正极材料及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的是：提供一种硫酸铁钠复合正极材料及其制备方法，以解决硫酸铁钠正极材料在量产规模制备过程中存在的前驱体各组分混合不均匀、粒径偏大且接触松散等问题，所引起的成品材料结晶度差、二次颗粒成型度不高等难题，导致其储钠性能不佳的问题。

本发明的技术方案是：一种硫酸铁钠复合正极材料的制备方法，所述制备方法步骤如下：

步骤S1：采用气流磨将公斤级FeSO₄、Na₂SO₄及碳基材料进行破碎并混合均匀，其中采用气流磨对包含所述FeSO₄的至少一种前驱体原料在惰性气体保护下进行冲击破碎，之后将所有前驱体原料混合均匀，得到正极材料前驱体，任意量所述前驱体中FeSO₄、Na₂SO₄及碳基材料的质量比与投料比相同；所述Na₂SO₄及FeSO₄中钠原子与铁原子的摩尔比为（2.54+0.02i）：（1.73-0.01i），其中i=0，1，2，3，4；