一种镶嵌型磷酸焦磷酸铁钠正极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种镶嵌型磷酸焦磷酸铁钠正极材料，尤其涉及一种镶嵌型磷酸焦磷酸铁钠正极材料及其制备方法和应用，属于新能源领域。

背景技术：

1、钠离子电池正极材料技术路线，大致可以分为3类，包括普鲁士蓝、聚阴离子、层状氧化物。与层状氧化物、普鲁士蓝相比，聚阴离子的比容量稍低，但工作电压相对较高、结构稳定、循环和热稳定性较好、安全性能佳，是高稳定性、高比功率、高安全性钠离子电池优选体系中的首选。

2、当前聚阴离子体系比较有代表性的正极材料包括磷酸钒钠、磷酸焦磷酸铁钠、硫酸铁钠，结合目前综合成本、循环寿命、安全等方面的优势，磷酸焦磷酸铁钠正极材料有望成为钠离子电池最适合规模储能的技术路线。

3、然而，现阶段，磷酸焦磷酸铁钠正极材料存在导电性较弱、放电比容量较低、循环稳定性较差的缺陷。

4、因此，开发一种导电性较强、放电比容量较高、循环稳定性较好的磷酸焦磷酸铁钠正极材料成为本领域研究方向。

技术实现思路

1、本发明提供一种镶嵌型磷酸焦磷酸铁钠正极材料，该种正极材料具有导电性较强、放电比容量较高、循环稳定性较好的特点。

2、本发明还提供一种镶嵌型磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，该种方法具有操作简单的特点。

3、本发明还提供一种正极片，该种正极片具有导电性较强、放电比容量较高、循环稳定性较好的特点。

4、本发明还提供一种电池，该种电池具有导电性较强、放电比容量较高、循环稳定性较好的特点。

5、本发明提供一种镶嵌型磷酸焦磷酸铁钠正极材料，其中，所述正极材料包括生物质碳、与所述生物质碳表面接触的活性颗粒；

6、所述活性颗粒为至少部分外表面包覆有碳单质的磷酸焦磷酸铁钠；

7、所述生物质碳具有管状结构，所述管状结构的长度为100-300nm，直径为30-50nm，所述生物质碳中总孔体积为0.25-0.75cm3/g，介孔体积占比60-85％；

8、所述正极材料的粒径为0.2-0.8μm，bet比表面积为40-50㎡/g，平均孔径为2-6nm。

9、如上所述的正极材料，其中，所述正极材料的电导率大于等于0.08s/cm，1c条件下循环100次的容量保持率大于等于95％；所述正极材料的0.2c放电克容量大于90mah/g。

10、如上所述的正极材料，其中，所述正极材料中，所述碳单质与所述生物质碳的质量之和为所述正极材料的3-5wt％。

11、如上所述的正极材料，其中，所述生物质碳由生物质碳前体制得；

12、所述生物质碳前体选自苎麻、梧桐果、棕榈纤维、柳絮、杨絮、玉米秸秆、丝瓜、椰子丝中的至少一种。

13、本发明还提供一种镶嵌型磷酸焦磷酸铁钠正极材料的制备方法，使用该方法可制得上述任一种正极材料，其中，包括如下步骤：

14、1)将钠源、铁源、磷源和有机碳源与去离子水混合，得到第一混合物；

15、2)将生物质碳前体与所述第一混合物混合，得到第二混合物；

16、3)对所述第二混合物依次进行干燥处理、烧结处理，得到所述正极材料。

17、如上所述的制备方法，其中，所述烧结处理包括依次进行的第一烧结处理、研磨处理、第二烧结处理；

18、所述第一烧结处理的处理温度为300-500℃，处理时间为3-8h；

19、所述第二烧结处理的处理温度为500-650℃，处理时间为7-15h。

20、如上所述的制备方法，其中，所述第一烧结处理在惰性气体中进行；所述第二烧结处理在真空环境中进行；和/或，

21、所述生物质碳前体的加入量为正极材料中磷酸焦磷酸铁钠质量的8-14％；和/或，

22、所述有机碳源的加入量为正极材料中磷酸焦磷酸铁钠质量的8.5-16％。

23、如上所述的制备方法，其中，步骤2)中，将生物质碳前体与所述第一混合物混合，对得到的混合体系在70-90℃条件下保温0.5-3h，得到所述第二混合物。

24、如上所述的制备方法，其中，所述干燥处理使用冷冻干燥机执行。

25、本发明还提供一种正极片，其中，包括上述任一种镶嵌型磷酸焦磷酸铁钠正极材料。

26、本发明还提供一种电池，其中，包括上述任一种镶嵌型磷酸焦磷酸铁钠正极材料；和/或，包括上述正极片。

27、本发明提供的镶嵌型磷酸焦磷酸铁钠正极材料具有导电性较强、放电比容量较高、循环稳定性较好的特点。

技术特征：

1.一种镶嵌型磷酸焦磷酸铁钠正极材料，其特征在于，所述正极材料包括生物质碳、与所述生物质碳表面接触的活性颗粒；

2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的电导率大于等于0.08s/cm，1c条件下循环100次的容量保持率大于等于95％；所述正极材料的0.2c放电克容量大于90mah/g。

3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料中，所述碳单质与所述生物质碳的质量之和为所述正极材料的3-5wt％。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的正极材料，其特征在于，所述生物质碳由生物质碳前体制得；

5.一种权利要求1-4中任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一烧结处理在惰性气体中进行，所述第二烧结处理在真空环境中进行；和/或，

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，步骤2)中，将生物质碳前体与所述第一混合物混合，对得到的混合体系在70-90℃条件下保温0.5-3h，得到所述第二混合物。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述干燥处理使用冷冻干燥机执行。

9.一种正极片，其特征在于，所述正极片包括权利要求1-4中任一项所述的镶嵌型磷酸焦磷酸铁钠正极材料。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-4中任一项所述的镶嵌型磷酸焦磷酸铁钠正极材料；和/或，

技术总结
本发明提供一种镶嵌型磷酸焦磷酸铁钠正极材料及其制备方法和应用。该正极材料包括生物质碳、与所述生物质碳表面接触的活性颗粒；所述活性颗粒为至少部分外表面包覆有碳单质的磷酸焦磷酸铁钠；所述生物质碳具有管状结构，所述管状结构的长度为100‑300nm，直径为30‑50nm，所述生物质碳中总孔体积为0.25‑0.75cm<supgt;3</supgt;/g，介孔体积占比60‑85％；所述正极材料的粒径为0.2‑0.8μm，BET比表面积为40‑50㎡/g，平均孔径为2‑6nm。本发明提供的镶嵌型磷酸焦磷酸铁钠正极材料具有导电性较强、放电比容量较高、循环稳定性较好的特点。

技术研发人员：苏方哲,严旭丰,刘瑞,王雪莹,张黎明,高宇航
受保护的技术使用者：宁波容百新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/28