[发明专利]一种Na4

说明书

本发明公开了一种Na₄Fe_3‑x(PO₄)₂P₂O₇/C钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。该正极材料为Na₄Fe_3‑x(PO₄)₂P₂O₇和C的复合物，其中Na₄Fe_3‑x(PO₄)₂P₂O₇中，0x0.5，存在铁缺陷。通过原料钠源、铁源、磷源、碳源和还原剂混合后煅烧制备得到，其中控制原料中钠和铁的摩尔比为4：(3‑x)，0x0.5。该正极材料从结构上引入铁缺陷，仅通过降低原料中铁源含量即可简单制备得到，无需新的原料和额外的合成工艺，对现有的制造工艺影响极小，产物纯度高，结晶度好，离子和电子导电率高，大大提高了正极材料的比容量和倍率性能，适宜于大规模生产应用。

技术领域

本发明属于钠离子电池材料领域，具体涉及一种Na₄Fe_3-x(PO₄)₂P₂O₇/C钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，化石燃料短缺、环境污染等全球性问题日益严重，迫切人们开发太阳能、风能和水能等清洁能源。然而，这些清洁能源具有波动性大、稳定性差、间歇性供应等缺点，需要大规模储能装置的整合转换后才能合理利用。在现有的储能技术中，二次电池因其灵活性强、能量转换效率高，被认为是大规模储能技术的理想选择之一。虽然锂离子电池因其较高的能量密度和良好的循环稳定性在便携式电子器件和电动汽车领域取得了巨大的成功，然而由于锂资源的匮乏和分布不均，无法满足大规模储能的廉价要求。然而钠离子电池具有与锂离子电池相似的工作原理，并且储量更加丰富，分布更加广泛。考虑到大规模储能装置价值成本大于能量密度的要特性，钠离子电池被认为是大规模储能系统的潜在候选者之一。

目前已有大量的钠离子电池正极材料被报道，只有极少部分材料表现出了良好的电化学性能，如钒基磷酸盐、铁基磷酸盐和普鲁士蓝类似物。并且，在实验室成果商业化的过程中，这些材料也面临着一些严重的问题，如钒基材料的高毒性和高成本，普鲁士蓝类似物的结构不稳定性。在铁基磷酸盐中,磷酸焦磷酸铁钠(Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇)综合了所有铁基磷酸盐的优点：低成本、环境友好,高理论容量(129mAh g^-1),高平均工作电压(3.1VS.Na⁺/Na)和低体积膨胀(少4％)，被认为最具潜力的钠离子电池正极材料。然而，常规方法合成时钠源和铁源的理论化学计量比为4:3，合成的计量比Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇总是伴随着NaFePO₄杂质的生成，严重影响该材料的容量和倍率性能，并且常规方法合成的Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇结晶度较差，无法满足应用的要求。

发明内容