[发明专利]一种氟代混合焦磷酸铁锰钠二元正极材料、制备方法及其在钠离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种氟代混合焦磷酸铁锰钠二元正极材料，包括氟掺杂铁锰二元混合聚阴离子化合物和石墨烯，石墨烯分别穿插和平铺在氟掺杂铁锰二元混合聚阴离子化合物的内部和表面。本发明还公开了一种改性铁锰二元混合聚阴离子化合物正极材料的制备方法。本发明还公开了一种氟代混合焦磷酸铁锰钠二元正极材料在钠离子电池中的应用。本发明的氟代混合焦磷酸铁锰钠二元正极材料中，石墨烯和氟掺杂铁锰二元混合聚阴离子化合物共同作用大大提高了材料的电子导电率，同时可以减缓在充放电过程中材料的体积膨胀，在很大程度上提高了材料的容量改善了材料的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及储能材料钠离子电池正极材料领域，具体涉及一种氟代混合焦磷酸铁锰钠二元正极材料、制备方法及其在钠离子电池中的应用。

背景技术

传统化石能源的使用会造成环境污染并且其储量日渐减少，同时为了响应国家“碳达峰”和“碳中和”的“双碳”战略的号召。开发和利用风能、太阳能等清洁能源越来越受到人们的重视。然而新能源的产生容易受到气候和环境的制约，并且其生产的能源具有间歇性和不稳定性的特点。储能电池能够将清洁能源储存起来，然后进行稳定的输出和利用很好的解决了清洁能源间歇性和不稳定性的问题。

钠离子电池(SIB)作为一种储能电池具有资源储量丰富、价格低廉以及工作电压高等特点在大型储能领域具有广阔的应用前景。但是铁锰基混合聚阴离子磷酸盐类材料具有电子导电率低等特点，特别的当锰的含量增加时可以使材料具有一个较高的电压，但由于含锰材料一般会受到姜泰勒效应的影响使材料的稳定性有所下降。因此如何提高材料的电子导电率和材料的循环稳定性成为研究该类材料的关键问题之一。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种氟代混合焦磷酸铁锰钠二元正极材料、制备方法及其在钠离子电池中的应用。

本发明提供了一种氟代混合焦磷酸铁锰钠二元正极材料，具有这样的特征：氟代混合焦磷酸铁锰钠二元正极材料包括氟掺杂铁锰二元混合聚阴离子化合物和石墨烯，石墨烯分别穿插和平铺在氟掺杂铁锰二元混合聚阴离子化合物的内部和表面。

在本发明提供的氟代混合焦磷酸铁锰钠二元正极材料中，还可以具有这样的特征：其中，氟代混合焦磷酸铁锰钠二元正极材料的化学方程式为：Na_4-2xFe_3-yMn_y(PO₄)_2-xF_xP₂O₇@C@rGO，x的取值范围为：0.01≤x≤0.5，y的取值范围为：0.1≤y≤2.9。或Na_3-2xFe_2-yMn_y(PO₄)_1-xF_xP₂O₇@C@rGO，x的取值范围为：0.01≤x≤0.5，y的取值范围为：0.1≤y≤1.9。rGO的质量占比为：1％wt≤rGO≤5％wt。

在本发明提供了一种氟代混合焦磷酸铁锰钠二元正极材料的制备方法，用于制备本发明的氟代混合焦磷酸铁锰钠二元正极材料，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，将铁源、锰源、钠源、磷源、氟源以及还原剂溶于去离子水中，得到溶液A；步骤2，将氧化石墨烯溶液和十六烷基三甲基溴化铵溶于去离子水中，得到溶液B；步骤3，将溶液B加入溶液A中，搅拌、干燥、煅烧，即得氟代混合焦磷酸铁锰钠二元正极材料。

在本发明提供的氟代混合焦磷酸铁锰钠二元正极材料的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，铁源、锰源、钠源、磷源、氟源以及还原剂的摩尔比为：(1～2):(1～2):(1～4):(1～5):(0.01～0.5):(1～5)。