[发明专利]一种Na2‑2xFe1+xP2O7/碳复合材料及其制备方法和应用有效
| 申请号： | 201610246447.6 | 申请日： | 2016-04-20 |
| 公开（公告）号： | CN105810910B | 公开（公告）日： | 2018-02-16 |
| 发明（设计）人： | 张治安;陈晓彬;赖延清;李劼;史晓东;张凯 | 申请（专利权）人： | 中南大学 |
| 主分类号： | H01M4/36 | 分类号： | H01M4/36;H01M4/525;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/054 |
| 代理公司： | 长沙市融智专利事务所43114 | 代理人： | 刘擎天 |
| 地址： | 410083 湖南*** | 国省代码： | 湖南;43 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 na sub fe 复合材料 及其 制备 方法 应用 | ||
技术领域
本发明涉及一种Na2-2xFe1+xP2O7/碳复合材料及其制备方法和应用，属于钠离子电池领域。
背景技术
随着网时代的快速发展，自上世纪90年代锂离子电池实现商业化生产，锂离子电池已经在3C产品及电动车领域取得了快速发展，并表现出良好的发展前景。然而，由于全球金属锂资源的匮乏，锂离子电池的制造成本呈不断上升的趋势。同时，锂离子电池由于安全性不佳，其在电动汽车及大型储能领域的发展受到了极大的限制。然而，钠元素，与锂处在元素周期表中处于同一主族，所以有着与锂极其类似的性质。并且与匮乏的锂元素相比，钠元素储量丰富且来源更加广泛，相对低廉的制造成本使钠离子电池成为一种最具潜力的可实现产业的大规模储能用的电池体系。然而，由于钠离子的离子半径要比锂离子的离子半径大，使得在动力学上钠离子在电极材料中嵌入与脱出比锂离子更加困难，且钠离子相对较正的氧化还原电位和较大的原子质量，使得钠离子电池正极材料的电压偏低，能量密度不高。因此，提高钠离子电池正极材料电压及能量密度的成为研究的重点。
研究者们研究了不同体系的钠离子电池正极材料，其中比较有代表性的是P2型和O3型层状氧化物体系，如P2-Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2，O3-NaFe0.5Co0.5O2，但这些材料的循环寿命短，电压平台较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种表面包覆碳网层的纳米级别Na2-2xFe1+xP2O7/碳复合材料，该材料形貌可控，导电性能好，具有高比容量、高工作电压、良好的循环稳定性能以及优异的倍率性能。
本发明的另一目的在于提供一种反应条件温和、合成方法简单、成本低廉的 Na2-2xFe1+xP2O7/碳复合材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种Na2-2xFe1+xP2O7/碳复合材料的应用，将Na2-2xFe1+xP2O7// 碳复合材料应用作为钠离子正极材料。
本发明的技术方案在于提供一种Na2-2xFe1+xP2O7/碳复合材料，该复合材料为表面包覆碳网层的Na2-2xFe1+xP2O7材料，其中x的范围为0～1。
本发明进一步包括以下优选方案：
优选的方案中，所述Na2-2xFe1+xP2O7/碳复合材料晶型为磷锰矿型。
优选的方案中，复合材料的粒径为10～500nm。
优选的方案中，所述碳网层的厚度为5～20nm。
本发明进一步包括Na2-2xFe1+xP2O7/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳源溶解于去离子水或醇溶液中；将铁源、磷源、钠源分别溶解于去离子水中，搅拌均匀，依次按照铁源、磷源、钠源的顺序滴入到溶解有碳源的溶液中，得到混合溶液；
(2)将所得混合溶液置于高压反应釜中，于100℃～300℃进行水热反应，冷却，固液分离，用无水乙醇洗涤至洗出液呈中性，干燥，所得固体产物即为Na2-2xFe1+xP2O7/碳复合材料的前驱体；
(3)将步骤(2)所得的前驱体在惰性气氛保护下先在250～350℃烧结，再升温至500～ 700℃烧结，即得Na2-2xFe1+xP2O7/碳复合材料。
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