本技术公开了一种实心球形硫酸亚铁钠复合正极材料的制备方法及应用。其制备方法:步骤一:将导电碳材料加入去离子水中,超声获得导电碳溶液;将抗坏血酸、无水硫酸钠和基于赤铁矿沉渣制备的七水硫酸亚铁分别加入去离子水中,搅拌获得淡蓝色溶液;按照1:1的质量比将所述导电碳溶液倒入所述淡蓝色溶液搅拌,获得前驱体溶液;步骤二:将所述前驱体溶液喷雾干燥处理得到中间相;步骤三:将所述中间相研磨均匀后置于管式炉,惰性气氛下煅烧得到实心球形硫酸亚铁钠复合正极材料。本发明制备方法制备出的硫酸亚铁钠复合正极材料,具有均匀连续的导电网络,增强了硫酸亚铁钠本征电子电导率及钠离子传输速率,且提高材料的循环稳定性和实现废弃物再利用。
背景技术
随着储能需求的增长,锂离子电池在社会生活中应用越来越广泛,然而,在地球上锂资源短缺且分布不均匀,并且随着锂离子电池的广泛应用,成本越来越高。相比锂资源,钠资源储量丰富,锂在地壳中的含量只有0.0065%,而钠的含量则为2.75%,是前者的400多倍。钠离子电池与锂离子电池具有相似的电化学反应机制,使得钠离子电池成为锂离子电池的理想补充。正极材料是钠离子电池的关键组成之一,很大程度上影响着电池的能量密度和功率密度。正极材料的发展决定着钠离子电池的应用。
在众多的钠离子电池正极材料中,聚阴离子型化合物以其优异的结构稳定性、安全性和高电压平台被认为是最有应用前景的一类电极材料。其中,硫酸亚铁钠正极材料以其成本低、无毒、特殊的三维钠离子扩散通道、高电压平台而成为钠离子电池正极材料的理想选择。然而,较大的带隙对电子从价带向导带的过渡提出了挑战,导致本征载流子浓度降低,从而导致动力学缓慢和速率性能较差。
目前报道的提高硫酸亚铁钠动力学性能与倍率性能的方法主要包括掺杂、碳包覆和构建结构良好的碳网络等有效策略。尽管这些方法为改善钠的储存开辟了广阔的途径,但离子/电子传输的改善仍然有限。此外,复杂的操作过程和有毒试剂的使用严重阻碍了商业化进程。目前,喷雾干燥技术通过将溶液迅速干燥成粉末,得到高纯度和高活性的正极材料。因此,选取操作简便且环保的制备方法,对于实现高性能且可规模化生产的硫酸亚铁钠正极材料至关重要。考虑到冶金行业会有大量的赤铁矿沉渣生成,采用湿法工艺可以将其制备成高纯度的七水硫酸亚铁,并且生产硫酸亚铁钠正极材料会消耗大量的七水硫酸亚铁,因此将冶金废渣高值再用会形成废弃物与新能源材料的闭环设计。
实现思路