[发明专利]Na3.64Fe2.18(P2O7)2正极材料及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Na_3.64Fe_2.18(P₂O₇)₂正极材料及制备方法和应用，正极材料是将钠源，铁源，磷源，还原剂和螯合剂通过溶胶凝胶法制得前驱体后在惰性气氛下烧结而成。本发明利用溶胶凝胶法合成了新型的Na_3.64Fe_2.18(P₂O₇)₂正极材料，该制备方法简便、快捷、成本低；Na_3.64Fe_2.18(P₂O₇)₂作为钠离子电池正极材料具有优良的容量以及良好的循环性能。

本发明属于材料领域，具体涉及焦磷酸铁钠[Na_3.64Fe_2.18(P₂O₇)₂]正极材料及其制备方法和在电池领域的应用。

背景技术

随着便携式电子设备的发展以及电动汽车的兴起，当今世界对锂离子电池的需求正在不断增大。但锂资源在地球上的储量非常的少，在地壳中的含量仅0.0065％，全球锂储量仅为 3978万吨，其中具有开采价值的仅为1350万吨。然而根据美国地质调查局2015年发布的数据，2014年全球锂产量约为36000吨，随着电动汽车的兴起这个数字任然会不断地增加，按照这种开发速度，锂资源将远远满足不了将来人们对储能方面的需求，锂将会成为一种枯竭速度更快的资源。钠在地壳中的含量为2.64％，为锂的400倍，相比之下，钠资源比锂资源丰富的多，这也就意味着钠离子电池的成本将会比锂离子电池低的多。在当前的市场形势下，开发低成本的钠离子电池具有重大的意义。

目前钠离子电池正极材料主要有两大类，一种是金属氧化物型，一种是聚阴离子型。人们对钠离子电池的研究最开始集中在金属氧化物上，这类材料拥有很高的理论容量，但是由于金属氧化物的晶体结构本身就不是很稳定，再加上钠离子的半径比锂离子的大，在充放电过程中更容易破坏金属氧化物的晶体结构，导致钠离子电池在金属氧化物中循环性能普遍不是很理想。另一方面来说，由于钠离子的氧化还原电位比锂离子的要高，也导致了金属氧化物材料的操作电压较低。为了解决以上的问题，科学家尝试在晶体中引入磷酸根，焦磷酸根，硫酸根等聚阴离子，借助聚阴离子四面体的形状来稳定晶体结构。在聚阴离子的体系中，钠离子嵌入脱出的通道有了明显的增加，充放电过程中的晶体结构也更加稳定，另外由于聚阴离子强烈的诱导效应的影响，导致聚阴离子材料拥有比金属氧化物材料更高的操作电压，因此聚阴离子钠离子电池材料成了当今钠离子电池研究的热门，有望成为新一代的电池材料。

作为一种新型钠离子电池正极材料，Na_3.64Fe_2.18(P₂O₇)₂其理论容量为105mAh/g，具有较大的钠离子迁移通道，具有3V的工作电压，以及稳定的循环性能，具有研究和开发的价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供Na_3.64Fe_2.18(P₂O₇)₂正极材料的制备方法，该制备方法操作简便、周期短、成本低；目的之二在于提供采用所述方法制得的Na_3.64Fe_2.18(P₂O₇)₂正极材料，所得Na_3.64Fe_2.18(P₂O₇)₂具有独特的多孔结构、形貌均一、孔隙率高、碳复合性好、电化学性能好等优点；目的之三在于提供Na_3.64Fe_2.18(P₂O₇)₂正极材料在钠离子电池方面的应用。为实现上述目的，本发明具体提供了如下的技术方案：