一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料及其制备方法

本发明涉及钠离子电池，具体为一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术：

1、目前，聚阴离子型磷酸盐钠离子电池材料面临能量密度低、电子导电性差、倍率和循环性能较差限制了其发展。目前，针对聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料的研究很多于提升其电子导电性，如使用不同的导电性好的材料与其复合、包覆（大多数采用不同的碳源）以此来提升聚阴离子磷酸盐的电子导电性，进而提升材料的电化学性能。而上述改进测略往往会增加材料的生产成本、降低材料的压实密度（通长采用碳材料），影响材料的体积能量密度。此外，针对聚阴离子型磷酸盐体系能量密度低方面改进通常使用调控不同的过渡金属、阴离子集团以此提升材料的放电比容量和平均工作电压。因此，针对上述聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料电子导电性差和能量密度低的限制，我们通过对过渡金属的调控，以此来提升材料整体的电化学性能。目前，聚阴离子型磷酸盐正极材料主要集中在单元和二元体系，而针对三元的研究和报道少之又少。而二元限制了材料的多样性和电化学性能的调控性。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料及其制备方法，以解决背景技术中所提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料,将多元设计概念引入到聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料体系，通过调控元素种类含量得到钠离子电池正极，对应的分子式为：naxaabbcc(po4)3，其中3≤x≤5，a、b、c均为过渡金属，所述过渡金属a、b、c的摩尔比为（0.1-1）：（0.1-1）：（0.1-1）。

3、一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4、s1、将a、b、c、钠源、磷源和螯合剂按照一定比例进行混合；

5、s2、在上述混合物中加入一定体积的水（投料：水的摩尔比为1:2-1:10之间），得到均匀混合的液体，再对混合液体进行搅拌和沉淀；

6、s3、将s2的混合液体进行烘干，烘干之后加入过氧化钠粉末进行粉化处理，之后在惰性气体的保护下进行烧结，最终得到三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料。

7、作为优选方案，所述s1中过渡金属包括铁源、钒源、锰源、铝源、钪源、镁源、铌源、钼盐、钛源；

8、所述a包括铁源、钪源和镁源中的至少一种；

9、所述b包括铝源、钒源和锰源中的至少一种；

10、所述c包括铌源、钼盐和钛源中的至少一种。

11、作为优选方案，所述s1中钠源包括：草酸钠、硝酸钠、硫酸钠、二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰、碳酸钠和磷酸钠中至少一种。

12、作为优选方案，所述s1中磷源包括：磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢钙、磷酸钙、焦磷酸钙、磷酸二氢钾和磷酸氢二钾中至少一种。

13、作为优选方案，所述s1中螯合剂包括：醋酸钙，氯化钙，柠檬酸中至少一种。

14、作为优选方案，所述s2过程中，搅拌的转速为200-800r/min，搅拌时间为0.5-2h，沉淀时的温度为40-70℃。

15、作为优选方案，所述s3中对混合液体干燥温度100-180℃，干燥时间12-24h，环境气压为10-300pa。

16、作为优选方案，所述s3中烧结处理方式包括：管式炉烧结，烧结过程为两段式烧结，先进行预烧250-450℃，时间为2-5h，二次烧结温度为300-600℃，烧结时间为4-10h。

17、作为优选方案，所述烧结处理所用惰性气体为氩气、氮气、氩氢混合气体和氮氢混合气体中的一种。

18、与现有技术相比，本发明提供了一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料及其制备方法，具备以下有益效果：本发明将多元设计概念引入到聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料体系，通过调控元素种类含量可以获得不同应用领域的钠离子电池正极材料，通过对多元的调控，可以精准的调控聚阴离子型钠离子电池正极材料的工作电压，并丰富了聚阴离子型磷酸盐正极材料的种类。

技术特征：

1.一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料,将多元设计概念引入到聚阴离子型磷酸盐钠离子电池正极材料体系，通过调控元素种类含量得到钠离子电池正极，其特征在于，对应的分子式为：naxaabbcc(po4)3，其中3≤x≤5，a、b、c均为过渡金属，所述过渡金属a、b、c的摩尔比为（0.1-1）：（0.1-1）：（0.1-1）。

2.根据权利要求1所述的一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述s1中过渡金属包括铁源、钒源、锰源、铝源、钪源、镁源、铌源、钼盐、钛源；

4.根据权利要求2所述的一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述s1中钠源包括：草酸钠、硝酸钠、硫酸钠、二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰、碳酸钠和磷酸钠中至少一种。

5.根据权利要求2所述的一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述s1中磷源包括：磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢钙、磷酸钙、焦磷酸钙、磷酸二氢钾和磷酸氢二钾中至少一种。

6.根据权利要求2所述的一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述s1中螯合剂包括：醋酸钙，氯化钙，柠檬酸中至少一种。

7.根据权利要求2所述的一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述s2过程中，搅拌的转速为200-800r/min，搅拌时间为0.5-2h，沉淀时的温度为40-70℃。

8.根据权利要求2所述的一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述s3中对混合液体干燥温度100-180℃，干燥时间12-24h，环境气压为10-300pa。

9.根据权利要求2所述的一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述s3中烧结处理方式包括：管式炉烧结，烧结过程为两段式烧结，先进行预烧250-450℃，时间为2-5h，二次烧结温度为300-600℃，烧结时间为4-10h。

10.根据权利要求2所述的一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述烧结处理所用惰性气体为氩气、氮气、氩氢混合气体和氮氢混合气体中的一种。

技术总结
本发明公开了一种三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料及其制备方法,钠离子电池正极的分子式为：Na<subgt;x</subgt;A<subgt;a</subgt;B<subgt;b</subgt;C<subgt;c</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;，其中3≤x≤5，A、B、C均为过渡金属，包括如下步骤：S1、将A、B、C、钠源、磷源和螯合剂按照一定比例进行混合；S2、在上述混合物中加入一定体积的水，得到均匀混合的液体，再对混合液体进行搅拌和沉淀；S3、将S2的混合液体进行烘干，烘干之后加入过氧化钠粉末进行粉化处理，之后在惰性气体的保护下进行烧结，最终得到三元聚阴离子磷酸盐钠离子电池正极材料。本发明通过对多元的调控，可以精准的调控聚阴离子型钠离子电池正极材料的工作电压，并丰富了聚阴离子型磷酸盐正极材料的种类。

技术研发人员：吕红艳,吴兴隆,谷振一,王晓彤,郑硕航
受保护的技术使用者：东北师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15