一种用于钠离子电池的钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠材料的制备方法与流程

本发明涉及一种用于钠离子电池的钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠材料的制备方法。

背景技术：

1、与锂不同，钠是地壳中含量较高的几种元素之一，且钠离子电池中常用的元素，铁、锰、铝在地壳中的储量相对较高，这些特点有助于与降低钠离子电池的材料成本。其中，氟磷酸铁钠（na2fepo4f，nfpf）正极材料因其绿色无毒、原材料丰富和成本低廉的特性而受到广泛关注。然而，nfpf固有的电子导电性差和钠离子传输迟缓严重影响了其容量释放和循环稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中氟磷酸铁钠正极材料的导电性和循环稳定性差，电化学性能难以提高的问题，提供一种用于钠离子电池的钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠材料的制备方法。

2、为了实现上述目标，本发明主要是通过在铁位掺杂ti使材料的带隙大大降低，提高了材料的本征电子电导率。同时结合加入的碳源在高温下原位热解得到的碳层提高材料的表/界面电子电导率并抑制材料与电解液之间的副反应。

3、本发明技术方案是，一种用于钠离子电池的钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、按na:（fe+ti）:p:f =2:1:1:1的比例加入碳酸氢钠、草酸亚铁、钛源、磷酸二氢铵和氟源于球磨罐中进行混合，加入溶剂进行球磨到粒径d50小于5μm，放入干燥箱中烘干即可得到前驱体物料。

5、s2、将前驱体物料放入通有惰性气体的管式炉中，在300～500oc下烧结3-6h，再冷却至室温。

6、s3、取出烧结后的物料加入球磨罐中，并添加适量碳源和溶剂第二次球磨混合到粒径d50小于1μm，放入干燥箱中烘干后，置于管式炉中，在惰性气氛550～700°c烧结4-10h，冷却后即得到钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠正极材料。

7、进一步地，s1中所述的钛源包含二氧化钛、四氯化钛、钛酸四丁酯中的至少一种，钛源的掺杂量为1-10%。所述的氟源包含氟化钠、聚偏二氟乙烯、氟化铵、聚四氟乙烯中至少一种。

8、进一步地，所述的惰性气氛为氮气或者氩气。

9、进一步地，所述的碳源包含果糖、葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、n,n-二( l-丙氨酸基) 苝二酰亚胺中的至少一种，碳源的添加量是前驱体物料质量的10-30%。

10、进一步地，所述的球磨溶剂包含乙醇、丙酮、水中的至少一种。

11、进一步地，在步骤s3中，所述的烧结条件是550～700oc下4-10h。

12、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

13、1、本发明提供的一种用于钠离子电池的钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠材料及其制备方法，一方面是通过在铁位掺杂ti使材料的带隙大大降低，提高了材料的本征电子电导率。另一方面是引入碳源，在高温下原位热解得到的碳层可以提高材料的表/界面电子电导率并抑制材料与电解液之间的副反应。

14、2、本发明采用固相法，制备工艺简单，适合大规模生产，该方法合成工艺简单，环境友好。

技术特征：

1.一种用于钠离子电池的钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种用于钠离子电池的钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于：在步骤s1中，所述钛源包含二氧化钛、四氯化钛、钛酸四丁酯中的至少一种，钛源的掺杂量为1-10%；在步骤s1中，所述的氟源包含氟化钠、聚偏二氟乙烯、氟化铵、聚四氟乙烯中至少一种。

3.如权利要求1所述的一种用于钠离子电池的钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于：在步骤s1中，na:（fe+ti）:p:f的摩尔比为（1.5-2.5）:（0.8-1.2）: （0.8-1.2）: （0.8-1.2）；优选地，na:（fe+ti）:p:f的摩尔比为2:1:1:1。

4.如权利要求1所述的一种用于钠离子电池的钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于：在步骤s1中，第一次球磨3-8h，球磨至粒径d50在5μm以下；在步骤s3中，并添加碳源和溶剂第二次球磨混合2-5h，球磨至粒径d50在1μm以下。

5.如权利要求1所述的一种用于钠离子电池的钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于：在步骤s2和s3中，所述的惰性气氛为氮气或者氩气。

6.如权利要求1所述的一种用于钠离子电池的钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于：在步骤s3中，所述的碳源包含果糖、葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中、n,n-二( l-丙氨酸基) 苝二酰亚胺中的一种或几种，碳源的添加量是前驱体物料质量的10-30%。

7.如权利要求1所述的一种用于钠离子电池的钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于：在步骤s1和s3中，所述的球磨溶剂包含乙醇、丙酮、水中的至少一种。

8.如权利要求1所述的一种用于钠离子电池的钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠材料的制备方法，其特征在于：步骤s2中， 第一次烧结条件为300～500oc烧结3-6h；

技术总结
本发明公开了一种用于钠离子电池的钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠材料的制备方法，具体如下：1、将草酸亚铁、磷酸二氢铵、氟源、碳酸氢钠、钛源加入球磨罐中进行混合，加入溶剂球磨3‑8h，置于干燥箱中烘干即可得到前驱体物料。2、将前驱体物料放入通有惰性气体的管式炉中，在300～500<supgt;o</supgt;C下烧结3‑6h，再冷却至室温。3、取出烧结后的物料加入球磨罐中，并添加碳源和溶剂第二次球磨混合2‑5h，放入干燥箱中烘干后，置于管式炉中，在惰性气氛550～700°C烧结4‑10h，冷却后即得到一种钛掺杂和碳包覆协同改性氟磷酸铁钠正极材料。

技术研发人员：肖清艳,刘文,陈朝尧,邓泽荣,张露露,裴丰,田文,林森
受保护的技术使用者：湖北宜化化工科技研发有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/27