【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鈉離子電池材料，特別涉及一種用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料及其制備方法。
技術介紹
1、電化學儲能技術的發展和人類社會的現代化進程是緊密相關的。在所有的電化學儲能技術中，二次電池憑借著其高電壓、使用壽命長、綠色環保、能量密度高等特點，從其誕生起就受到了極大的關注。而鋰離子電池作為二次電池技術中的杰出代表，目前已經占據了幾乎所有的商業化市場。但是，由于鋰資源的短缺、價格的飆升，鋰離子電池的發展開始遇到了瓶頸，而面對未來大規模儲能的應用場景，鋰離子電池更將是無能為力。因此，開發新型的超越鋰離子電池的儲能技術刻不容緩。
2、鈉作為和鋰同一族的元素，兩者的化學性質、離子插嵌脫嵌機制、電化學勢都比較接近，因此鈉離子電池作為鋰離子電池技術的補充開始得到了越來越多的關注。鈉是地球上儲量最豐富的元素之一，而且分布廣、開采簡單，使鈉離子電池有望在未來的儲能技術圖譜中占據重要位置。正極材料作為二次電池中的儲鈉端，直接決定了電池的電壓、電容量、能量密度等關鍵性質，因此尋找優良的正極材料體系一直是二次電池發展的主要目標。目前，鈉離子電池正極材料主要分為三類：過渡金屬層狀氧化物、聚陰離子氧化物、普魯士藍類似物。但是，這三類正極材料體系在實際工作中也都面臨著各自的問題。
3、對商業化鋰離子電池而言，層狀氧化物是性質最優良的正極材料。但和鋰離子相比，鈉離子的氧化還原電勢更高、半徑更大，使鈉離子層狀氧化物在電池環境中表現出的平均電壓更低、電壓曲線更陡，造成電池能量密度的不足，限制了其在鈉離子電池體系中的廣泛應用。對于聚
4、現有改善上述正極材料的方法中，其中學術文獻1《highly?stable?fe2+/ti3+-based?fluoride?cathode?enabling?low-cost?and?high-performance?na-ionbatteries》(發表于2022年5月3日)，公開的具有三維互連的(fe,ti)f八面體結構的na2tifef7；學術文獻2發表于2023年的《polymorphism?in?weberite?na2fe2f7?and?itseffects?on?electrochemical?properties?as?a?na-ion?cathode》(發表于2023年4月25日)，公開的na2fe2f7；這兩篇文獻的材料雖然相對于層狀氧化物材料性能有所改善，但是平均工作電壓和比能量還不夠理想，不能更好的滿足鈉離子電池的應用要求。
5、因此，尋找超越現有材料體系的，高能量密度、高工作電壓的新型鈉離子正極材料是非常必要的。
技術實現思路
1、本專利技術實施例目的是提供一種用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料及其制備方法。本專利技術的氟化物正極復合材料中的氟化物正極材料具有鎂冰晶石結構，包括2o相、2m相、3t相、4m相的晶體結構中的一種或多種，相對于現有層狀氧化物正極材料，該氟化物正極材料體系中陰離子為氟離子，根據誘導效應其電壓遠大于氧化物，并且與層狀氧化物正極材料相比，本專利技術的氟化物正極復合材料中的鈉離子之間相互作用較弱，表現出的電壓曲線較平緩，本專利技術的氟化物正極復合材料相對于層狀氧化物材料可以輸出更高的比能量，因此，將本專利技術的氟化物正極復合材料應用于鈉離子電池中，可以提高鈉離子電池的電化學性能。
2、為此，第一方面，本專利技術實施例提供了一種用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料，所述氟化物正極復合材料包括：氟化物正極材料，以及包覆在所述氟化物正極材料外表面的碳包覆層；
3、所述氟化物正極材料的化學通式為na2nxmyf7，其中，0≤x≤2，y＝2-x；n為ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、nb、mo、sn、sb、bi元素中的任一種；m為ti、cr、mn、co、ni、cu、nb、mo、sn、sb、bi元素中的任一種；
4、所述氟化物正極材料的結構為鎂冰晶石結構，包括2o相、2m相、3t相、4m相的晶體結構中的一種或多種；
5、所述氟化物正極材料中的n離子和m離子分別與六個f離子形成八面體構型nf6和mf6，nf6和mf6之間通過單個氟離子相連，構成三維骨架結構；
6、所述碳包覆層的質量占所述氟化物正極復合材料的質量百分比為0-10％。
7、優選的，所述氟化物正極材料的晶體結構為2o相時，空間群為imma；
8、所述氟化物正極材料的晶體結構為2m相時，空間群為c2/c；
9、所述氟化物正極材料的晶體結構為3t相時，空間群為p3121；
10、所述氟化物正極材料的晶體結構為4m相時，空間群為c2/c；
11、所述碳包覆層的質量占所述氟化物正極復合材料的質量百分比為0.5％-10％。
12、第二方面，本專利技術實施例提供了一種上述第一方面所述的用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料的制備方法，所述方法為固相法，包括：
13、將所需化學計量的氟化鈉、n的氟化物、m的氟化物置于球磨機中，在氬氣氣氛下，球磨混合均勻后，得到前驅體粉末；
14、將所得到的前驅體粉末放入坩堝中，置于高溫爐內，在氬氣氣氛下進行熱處理，冷卻至室溫出料研磨后，得到氟化物正極材料；
15、將氟化物正極材料進行碳包覆處理，得到用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料；
16、其中，n為ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、nb、mo、sn、sb、bi元素中的任一種；m為ti、cr、mn、co、ni、cu、nb、mo、sn、sb、bi元素中的任一種；
17、所述球磨機的轉速為300rpm-600rpm，球磨時間為10小時-24小時；
18、所述熱處理具體為：在500℃-1000℃溫度下熱處理30min-1小時；
19、所述碳包覆處理包括：氣相包覆、液相包覆或固相包覆中的任一種。
20、第三方面，本專利技術實施例提供了一種上述第一方面所述的用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料的制備方法，所述方法為溶膠-凝膠法，包括：
21、將所需化學計量的氟化鈉、n的氟化物、m的氟化物，分別溶于溶劑中，并加入檸檬酸形成前驅體凝膠；
22、將所述前驅體凝膠放入坩堝中，置于高溫爐內，在氬氣氣氛下進行低溫預處理，得到預處理粉末；
23、將所述預處理粉末在氬氣氣氛下進行高溫熱處理，冷卻至室溫出料研磨后，得到氟化物正極材料；
24、將氟化物正極材料進行碳包覆處理，得到用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料；
25、其中，n為ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、nb、mo、sn、sb、bi元素本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料，其特征在于，所述氟化物正極復合材料包括：氟化物正極材料，以及包覆在所述氟化物正極材料外表面的碳包覆層；
2.根據權利要求2所述的用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料，其特征在于，所述氟化物正極材料的晶體結構為2O相時，空間群為Imma；
3.一種上述權利要求1-2任一所述的用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料的制備方法，其特征在于，所述方法為固相法，包括：
4.一種上述權利要求1-2任一所述的用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料的制備方法，其特征在于，所述方法為溶膠-凝膠法，包括：
5.一種上述權利要求1-2任一所述的用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料的制備方法，其特征在于，所述方法為噴霧干燥法，包括：
6.一種上述權利要求1-2任一所述的用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法為共沉淀法，包括：
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述反應釜的循環水浴的溫度為50℃-80℃，轉速為500rpm-800rpm；
8.一種
9.一種鈉離子電池，其特征在于，所述鈉離子電池包括上述權利要求8所述的正極極片。
10.一種上述權利要求9所述的鈉離子電池的用途，其特征在于，所述鈉離子電池用于太陽能發電、風力發電、智能電網調峰、分布電站或通信基站的大規模儲能設備，或用于電動汽車的供能設備。
...【技術特征摘要】
1.一種用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料，其特征在于，所述氟化物正極復合材料包括：氟化物正極材料，以及包覆在所述氟化物正極材料外表面的碳包覆層；
2.根據權利要求2所述的用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料，其特征在于，所述氟化物正極材料的晶體結構為2o相時，空間群為imma；
3.一種上述權利要求1-2任一所述的用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料的制備方法，其特征在于，所述方法為固相法，包括：
4.一種上述權利要求1-2任一所述的用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料的制備方法，其特征在于，所述方法為溶膠-凝膠法，包括：
5.一種上述權利要求1-2任一所述的用于鈉離子電池的氟化物正極復合材料的制備方法，其特征在于，所述方法為噴霧干燥法，包...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉淼，蘆騰龍，孟勝，
申請(專利權)人：中國科學院物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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