[发明专利]一种铬铁酸钠材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种以碳素铬铁为原料制备钠离子电池正极材料NaCr_xFe_1‑xO₂(0＜x＜1)的方法，以解决常规方法采用含铬和含铁原料混料不均匀的问题。具体操作步骤为：采用廉价易得的碳素铬铁为原料，经过破碎、筛分以及除杂后，与钠源充分混合磨匀，经过高温烧结反应，冷却后即可获得最终产品。本发明的有益效果在于：碳素铬铁中Cr、Fe元素分布均匀，以其为原料所制得的正极材料铬铁酸钠中两种元素的分布也非常均匀，最终产物为纯相物质，没有其它含铁或含铬的杂相；本产品的涉及的工艺简单方便、易于控制，所需的原材料来源广泛、成本低、环境友好，便于实现规模化生产。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种NaCr_xFe_1-xO₂材料的制备方法及其在钠离子电池中的应用

背景技术

钠离子电池作为一种新型的化学电源，因钠资源储量丰富、成本低廉等优势，在规模储能领域具有广阔的应用前景，近年来受到了人们的广泛关注。为了获得比能量高、循环寿命长和快速充放电能力强的先进钠离子电池，人们正致力于开发比容量高、循环性能好和倍率性能优异的储钠电极材料。其中，正极氧化物材料NaCrO₂在电压区间2.0-3.6V(对Na⁺/Na)内，具有120mAh/g的放电比容量，电压平台接近3.0V，同时展现出很好的循环可逆性。然而，铬金属具有毒性。尽管三价铬离子(Cr³⁺)毒性较小，但在外界环境的影响下，会转变成为六价铬离子(Cr⁶⁺)，而后者的毒性非常大，已经被列为人类致癌物质。因此，需要找到其他元素来部分替代具有毒性的铬离子，保持该材料的结构稳定性，避免转化成为六价铬离子，降低材料带来的危害。

另一种层状氧化物材料α-NaFeO₂在钠离子电池体系中也被证明具有电化学活性，在电压窗口为2.5-3.4V小电流测试下，具有80-100mAh/g的可逆容量，放电电压平台在3.3V左右。由此可见铁酸钠具有和铬酸钠较为接近的稳定电压区间。除此之外，Fe³⁺的离子半径(0.055nm)与Cr³⁺(0.0615nm)比较接近，从结构相似性和过渡金属离子大小匹配性等方面考虑，可以合成铬铁酸钠共同发挥Fe³⁺和Cr³⁺的电化学活性。其次，铁矿物价格低廉且无毒，将铁引入到铬酸钠体系中可以进一步降低材料的成本和毒性。