从铁红固相制备碳均匀包覆的Na4Fe3(PO4)2P2O7的方法和应用

技术领域

本发明涉及钠离子电池技术领域，具体涉及一种从铁红固相制备碳均匀包覆的Na

背景技术

我国在绿色能源领域持续发力，但受锂资源全球分布不均等不利因素影响，制造成本居高不下。钠离子电池与锂离子电池充放电原理相似，且在全球范围内储量丰富，受到了各界广泛关注，是目前我国绿色储能的重要发展方向。

作为钠离子电池正极材料之一的焦磷酸磷酸铁钠(Na

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种从铁红固相制备碳均匀包覆的 Na

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种从铁红固相制备碳均匀包覆的Na

S100、铁红和螯合剂置于去离子水中，室温下真空混料；

S200、再将磷源、钠源和碳源加入到铁红和螯合剂料液中，继续真空混料；

S300、混料结束后，对其进行干燥处理，得到前驱体；

S400、在惰性气氛保护下对前驱体进行分阶段烧结处理，最终经破碎处理即得到碳均匀包覆的Na

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，螯合剂包括：柠檬酸、三乙酯二胺四乙酸、葡糖酸和磷酸中的一种或多种。

进一步，S100中真空混料时间为1h～10h，转速为100rpm～2000rpm。

进一步，磷源包括：磷酸、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸钠和磷酸氢二铵中的一种或几种。

进一步，碳源包括：葡萄糖、蔗糖、聚丙烯腈、聚乙烯醇和柠檬酸中的一种或几种。

进一步，钠源包括：磷酸二氢钠、碳酸钠、碳酸氢钠和磷酸钠中的一种或几种。

进一步，干燥处理包括真空干燥和鼓风干燥，时间为5h～30h，温度为80℃～110℃。

进一步，分阶段烧结处理采用两段式升温处理，首先从室温升至200℃～ 300℃，保温2h～8h，然后直接升温至450℃～550℃，保温5h～20h。

进一步，惰性气氛包括：氩气、氮气和氩氢混合气。

本发明的有益效果为：

1)以铁红为铁源，并让铁红优先与螯合剂发生络合反应，同时在烧结阶段可抑制晶体颗粒大小，有助于实现碳的均匀包覆；

2)以铁红为铁源，通过使用螯合剂以及调控物料的投放顺序，可批量化制得碳均匀包覆的Na

2)整个制备过程简单、易重复、在实验室即可得到具有优异电化学性能的公斤级产品，为产业化制备提供支持。

基于上述技术方案，本发明还提供一种如上述所述方法所制得的碳均匀包覆的Na

采用上述进一步的有益效果为：所得碳均匀包覆的Na

基于上述技术方案，本发明还提供一种如上述所述方法所制得的碳均匀包覆的Na

采用上述进一步的有益效果为：以所制得的碳均匀包覆的 Na

附图说明

图1为本发明实施例1中制得的碳均匀包覆的Na

图2为本发明实施例1中制得的碳均匀包覆的Na

图3为本发明实施例2中制得的碳均匀包覆的Na

图4为本发明实施例4中制得的碳均匀包覆的Na

图5为本发明实施例3中制得的碳均匀包覆的Na

图6为对比例1中制得的Na

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种从铁红固相制备碳均匀包覆的Na

以铁红作为铁源，一水合柠檬酸既作为螯合剂也作为碳源，磷酸二氢铵作为磷源，碳酸钠作为钠源；

将47.06g铁红、178.112g一水合柠檬酸加入到60mL去离子水中，真空混料1.5h，转速1000rpm；

混料结束后继续加入93.034g磷酸二氢铵以及45.4g碳酸钠，继续真空混料3h，转速1000rpm；

待混料阶段完全结束，将上述所得料液置于鼓风烘箱中进行干燥，温度为90℃，干燥12h，得到干燥的前驱体；

在管式炉中于氮气气氛下对前驱体进行分阶段烧结处理，第一阶段温度设置为290℃，保温6h，第二阶段温度为500℃，保温10h，经随炉冷却破碎处理后即得到碳均匀包覆的Na

图1为实施例1制得的碳均匀包覆的Na

实施例2

一种从铁红固相制备碳均匀包覆的Na

以铁红作为铁源，一水合柠檬酸作为螯合剂和碳源，二水磷酸二氢钠作为钠源和磷源；

将46.08g铁红，188.112g一水合柠檬酸加入到40mL去离子水中，真空混料2h，转速500rpm；

混料结束后继续加入135.764g二水磷酸二氢钠，继续真空混料1.5h，转速500rpm；

待混料阶段完全结束，将上述所得料液转移到鼓风烘箱中进行干燥，温度为100℃，时间8h，得到干燥的前驱体；

在管式炉中于氩气保护氛围下对前驱体进行分阶段烧结处理，第一阶段温度为300℃，保温3h，第二阶段温度为490℃，保温12h，经随炉冷却破碎处理后即得到碳均匀包覆的Na

图3为本实施例制得的碳均匀包覆的Na

实施例3

一种从铁红固相制备碳均匀包覆的Na

以铁红作为铁源，一水合柠檬酸作为螯合剂和碳源，磷酸二氢钠既作为磷源也作为钠源，葡萄糖为补充碳源；

将23.64g铁红和92.37g一水合柠檬酸置于真空混料机中，向其中加入 50mL去离子水，混料5h，转速200rpm；

混料结束后继续向混料机中依次加入47.233g磷酸二氢钠和20.14g葡萄糖，继续真空混料5h，转速200rpm；

待混料阶段完全结束，将上述所得料液置于鼓风烘箱中进行干燥，温度设置为80℃，时间20h，得到干燥的前驱体；

在管式炉中于惰性保护气体气氛下对前驱体进行分阶段烧结处理，第一阶段温度为300℃，保温3h，第二阶段温度为500℃，保温10h，经随炉冷却破碎处理后即得到碳均匀包覆的Na

将实施例3所得碳均匀包覆的Na

图4为本实施例制得的碳均匀包覆的Na

对比例1

与实施例3相比，本对比例仅略去了螯合剂的加入，将铁红、磷酸二氢钠和葡萄糖同时进行真空混料，经过干燥和烧结处理得到固体材料，图6为本对比例得到的材料组装的扣式电池的充放电曲线，从图中可以看出在0.1 C的倍率下可逆容量仅为72mAhg

实施例4

一种从铁红固相制备碳均匀包覆的Na

以铁红作为铁源，一水合柠檬酸作为螯合剂和碳源，碳酸氢钠作为钠源，磷酸作为磷源；

将6.76g铁红和21.004g柠檬酸加入到真空混料罐中，向其中加入10mL 去离子水，混料1h，转速150rpm；

混料结束后继续加入8.401g碳酸氢钠和3mL磷酸，继续真空混料2h，转速150rpm；

待混料阶段完全结束，将上述所得料液转移到鼓风烘箱中进行干燥，得到干燥的前驱体；

在管式炉中于惰性保护气体气氛下对前驱体进行分阶段烧结处理，第一阶段温度为300℃，保温3h，第二阶段温度为500℃，保温10h，破碎处理后即得到碳均匀包覆的Na

将实施例4所得碳均匀包覆的Na

图5为本实施例制得的碳均匀包覆的Na

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。