[发明专利]一种碳包覆氟磷酸亚铁钠材料及其制备和在钠离子电池中的应用

说明书

本发明属于钠离子电池技术领域，具体公开了一种碳包覆氟磷酸亚铁钠材料的制备方法，将包含铁源、磷源、氟源、钠源和有机碳源的原料浆料进行喷雾干燥‑焙烧处理，或者进行喷雾热解处理，获得碳复合的前驱颗粒；再将所述的前驱颗粒置于含有挥发有机物的气氛内并在200～350℃的温度下进行气相沉碳处理，制得所述的碳包覆氟磷酸亚铁钠材料。本发明还包括所述的制备方法制得的材料及其在钠离子电池中的应用。本发明制备方法能够有效解决氟磷酸亚铁钠制备过程出现杂相、碳包覆结构不均匀以及电导率不理想等问题，能够有效改善其电化学性能。

技术领域：

本发明属于钠离子电池材料技术领域，具体涉及钠离子电池正极活性材料技术领域。

背景技术：

锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命等优势，已经在便携式电子产品中应用广泛。随着社会的发展，对储能的要求俞发强烈。但是有限的锂资源限制了锂离子电池的进一步发展，亟需开发合适的储能体系。丰富的钠资源和与锂离子电池相似的反应机理让钠离子电池脱颖而出，其中又以铁基磷酸盐研究的最为广泛。

Na₂FePO₄F材料的晶体结构显现出层状结构，双八面体[Fe₂O₇F₂]单元由共面的FeO₄F₂正八面体组成，同时由F原子连接成链状，且与PO₄四面体连接形成层，拥有容易扩散的二维离子通道。层状Na₂FePO₄F具有较高的理论比容量(124mAh g^-1)和稳定的充放电平台(3.0V)，极小的体积变化(＜4％)，是一种极具商业化前景的钠离子电池正极材料。但Na₂FePO₄F的电子电导率和离子电导率低，这些固有的缺点限制了Na₂FePO₄F进一步的商业化发展。

目前传统的改性方法是对氟磷酸亚铁钠进行碳包覆，包括利用有机碳源在高温下裂解形成碳包覆层以及直接加入无机碳源混合进行碳复合。这两种复合包覆中，有机碳源包覆较均匀，但是由于反应温度低，导致碳材料石墨化程度低，电子电导率低，而无机碳源又难以包覆均匀，两种包覆都存在一定局限性。总之，目前有机碳源和无机碳源的复合难以实现低温制备均匀碳包覆的包覆层，材料的电化学性能还需要进一步提升，难以商业化。

发明内容:

为解决氟磷酸亚铁钠(Na₂FePO₄F)制备过程容易出现杂相、导电率低、碳包覆效果不理想等问题，本发明第一目的在于，提供一种碳包覆氟磷酸亚铁钠材料的制备方法，旨在在温和的前提条件下，克服氟磷酸亚铁钠容易出现杂相问题、还改善碳包覆结构以及电子和钠离子电导率，改善钠离子电池的电化学性能。

本发明第二目的在于，提供所述的制备方法制得的碳包覆氟磷酸亚铁钠材料及其在钠离子电池中的应用。

本发明第三目的在于，提供包含所述的碳包覆氟磷酸亚铁钠材料的钠离子电池及其部件。

不同于其他磷酸盐类材料，氟磷酸亚铁钠制备过程容易出现杂相，且离子和电子导电率不理想，对其进行碳包覆能够一定程度改善其电导率，然而，传统的碳包覆手段通常需要较为严格的条件，会进一步加剧氟磷酸亚铁钠的杂相生成，影响晶体结构，反而不利于整体性能的提升。针对氟磷酸亚铁钠碳包覆过程存在的碳包覆形态、电导率以及产物的物相纯度难于兼顾、电化学性能不理想的问题，本发明提供以下制备方法：

一种碳包覆氟磷酸亚铁钠材料的制备方法，将包含铁源、磷源、氟源、钠源和有机碳源的原料浆料进行喷雾干燥-焙烧处理，或者进行喷雾热解处理，获得碳复合的前驱颗粒；所述的焙烧的温度为550～650℃；喷雾热解的温度为550～650℃；

再将所述的前驱颗粒置于含有挥发有机物的气氛内并在200～350℃的温度下进行气相沉碳处理，制得所述的碳包覆氟磷酸亚铁钠材料。