[发明专利]一种新型钠离子正极材料NaFeSO4F的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学电源技术领域，尤其涉及一种新型钠离子正极材料NaFeSO₄F的制备方法。

背景技术

钠离子电池的结构组成中，正极材料作为储钠的主体部分，是决定钠离子电池安全性能、电化学性能和未来发展的重要因素。聚阴离子型正极材料在钠离子电池正极材料的研究中占有重要的地位。因为聚阴离子材料的框架结构中包含着有强共价键的聚阴离子，它具有很好的热稳定性，能够给电池提供一个更好的安全保证。在众多的候选材料中，铁基聚阴离子正极材料在最近受到了更多的关注，因为晶体结构研究表明这类材料本身就具有开框架结构，而且它们对环境也具有更好的友好性，一般为自然界矿物质材料，来源丰富，是一种潜在的具有巨大优势的候选材料之一。

含氟聚硫酸根型铁基(FeSO₄F^-)钠离子电池正极材料，其理论充放电平台可达3.3V(vs.Na)，基于Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原反应，其安全使用时的最高放电比容量可达到1×(1÷193.9)×96500×0.2778＝138.3mAh/g。基于以上理论数据，含氟聚硫酸根型铁基正极材料(NaFeSO4F)是具有潜力可替代当前锂电体系的储能材料。针对现有钠离子电池正极材料合成技术的不足，本发明提供一种闭系溶剂热法制备低成本钠离子正极材料NaFeSO4F的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单且成本低的新型钠离子正极材料NaFeSO₄F的制备方法。本发明将预处理过的FeSO₄·7H₂O铁源与NaF按照一定的化学计量比进行球磨湿法混合，将混合后的原料置于密封的反应釜中，在一定温度下反应一定时间即可制备出NaFeSO₄F正极材料。

为了解决上述技术问题,本发明提供了一种新型钠离子正极材料NaFeSO₄F的制备方法，具体步骤如下：

(1)将FeSO₄·7H₂O置于500℃以下的惰性气氛或还原气氛中进行预处理反应除去结晶水，即得FeSO₄·H₂O铁源；

(2)将NaF和步骤(1)中制备的FeSO₄·H₂O铁源置于容器中混合均匀，即得混合盐，将高沸点有机溶剂加入混合盐中配成混合盐溶液；

(3)将步骤(2)中配制的混合盐溶液置于转速介于100～500r/min的湿法球磨机中球磨2～20h，即得混合物；

(4)将步骤(3)中制备的混合物置于密封的反应釜中，并向反应釜中加入与步骤(2)相同的高沸点有机溶剂配成混合液；

(5)将盛有混合液的反应釜置于温度介于160～220℃的烘箱中加热保温8～50h，即得钠离子正极材料NaFeSO₄F半成品；

(6)将步骤(5)中制备的钠离子正极材料NaFeSO₄F半成品进行离心、干燥处理，即得钠离子正极材料NaFeSO₄F。

进一步地，所述步骤(1)中的惰性气氛或还原气氛为N₂或Ar或N₂、Ar及H₂的混合物。

进一步地，所述步骤(2)中FeSO₄·7H₂O铁源与NaF的摩尔比为1:1～2。

进一步地，所述步骤(2)中高沸点有机溶剂为乙二醇或丙三醇或N，N-二甲基甲酰胺；所述混合盐与高沸点有机溶剂的质量比介于1:2和5:1之间。

进一步地，所述步骤(4)中混合物与高沸点有机溶剂的质量比介于1:10和1:50之间。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

(1)本发明中制备的新型钠离子正极材料NaFeSO₄F首次可逆容量可达140mAh/g，并且具有良好的循环性能；因此，本发明中制备的新型钠离子正极材料NaFeSO₄F具有广泛的应用前景。

(2)本发明中制备新型钠离子正极材料NaFeSO₄F的原料来源广泛，并且制备新型钠离子正极材料NaFeSO₄F的工艺极为简单，易于实现工业化生产。