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JP7812000B2 - Method for producing sodium iron phosphate material and sodium iron phosphate material - Google Patents
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JP7812000B2 - Method for producing sodium iron phosphate material and sodium iron phosphate material - Google Patents

Method for producing sodium iron phosphate material and sodium iron phosphate material

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JP7812000B2 JP2024545996A JP2024545996A JP7812000B2 JP 7812000 B2 JP7812000 B2 JP 7812000B2 JP 2024545996 A JP2024545996 A JP 2024545996A JP 2024545996 A JP2024545996 A JP 2024545996A JP 7812000 B2 JP7812000 B2 JP 7812000B2
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Description

本発明は、電極材料の分野に関し、具体的に、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属二次電池の電極材料として用いられるリン酸鉄ナトリウム材料の製造方法およびリン酸鉄ナトリウム材料に関する。 The present invention relates to the field of electrode materials, and specifically to a method for producing sodium iron phosphate material used as an electrode material in secondary batteries of alkali metals such as lithium, sodium, and potassium, and the sodium iron phosphate material.

ポリアニオン系化合物は、イオン移動効率に優れ、構造および熱安定性が良好であることから、性能に優れたアルカリ金属二次電池の電極材料である。リン酸バナジウム・鉄ナトリウムは、典型的なポリアニオン系化合物として、構造が安定であり、安全性が高いなどの利点を持つことから、広く注目されている。リン酸鉄ナトリウムは、リン酸バナジウムナトリウムに比べて、原材料の供給源がより広く、コストがより低いため、実用上大きな競争力を有している。現段階では、従来のリン酸鉄ナトリウム材料の製造方法は、主に高温固相合成法、ゾルゲル法、電気化学合成法などの方法に限られ、その製造プロセスが高い真空度、特定の雰囲気、高温などの過酷な条件に伴うことが多く、操作が比較的煩雑であり、製造コストが比較的高いと共に、得られるリン酸鉄ナトリウム材料のミクロ粒子径が比較的大きく、通常μm程度に達している。リン酸鉄ナトリウムは、電子伝導性が比較的低いため、粒子径が大きいことは、製造されるリン酸鉄ナトリウム材料のナトリウム貯蔵性能を制約する。これまでは、本プロジェクトチームのメンバーは、リン酸バナジウムナトリウムなどのポリアニオン系化合物の導電性が比較的低いなどの問題を解決するために、中国特許出願(202210162593.6、202210249477.8)においてナノ化合成のアイデアを提案し、粒子径の小さいポリアニオン系化合物が材料の電子/イオン移動性能の向上に寄与することを研究により検証した。リン酸鉄ナトリウムのナノ化設計・製造を行うことで、材料の電子/イオン輸送效率が向上し、そして性能に優れたリン酸鉄ナトリウム製品が得られると推測できる。しかしながら、これまでは、ナノ化リン酸鉄ナトリウムを効率的に製造する技術に関する研究は、あまり報道されていない。 Polyanionic compounds are excellent electrode materials for alkali metal secondary batteries due to their excellent ion transfer efficiency and favorable structural and thermal stability. Vanadium-iron sodium phosphate, a typical polyanionic compound, has attracted widespread attention due to its structural stability and high safety. Sodium iron phosphate, compared to sodium vanadium phosphate, has a wider range of raw material sources and lower costs, making it highly competitive in practical applications. Currently, conventional methods for producing sodium iron phosphate materials are limited to high-temperature solid-state synthesis, sol-gel methods, and electrochemical synthesis. These processes often involve harsh conditions, such as high vacuums, specific atmospheres, and high temperatures, resulting in relatively complicated operations and high production costs. The resulting sodium iron phosphate material has a relatively large microparticle size, typically on the order of μm. Because sodium iron phosphate has relatively low electronic conductivity, the large particle size limits the sodium storage performance of the resulting sodium iron phosphate material. To address issues such as the relatively low conductivity of polyanionic compounds such as sodium vanadium phosphate, members of this project team proposed the idea of nano-synthesis in Chinese patent applications (202210162593.6, 202210249477.8). Research demonstrated that small-particle polyanionic compounds contribute to improving the electron/ion transport performance of materials. It is anticipated that designing and manufacturing nano-sized sodium iron phosphate will improve the electron/ion transport efficiency of materials and result in sodium iron phosphate products with superior performance. However, to date, little research has been reported on technologies for efficiently manufacturing nano-sized sodium iron phosphate.

本発明は、リン酸鉄ナトリウム材料の製造方法およびリン酸鉄ナトリウム材料を提供することを目的とするものであり、低温条件下で、2段階の粒子径制御の方法を用いてナノリン酸鉄ナトリウムを効率的に製造する新規な方法を提案する。鉄水酸化物の比較的小さいKspの特性と沈殿反応の比較的大きい反応速度定数の特性により、鉄イオンを塩基性条件下で速やかに沈殿させ、粒子径が制御可能な鉄水酸化物前駆体を形成する。続いて、PO 3-、F、ClなどのアニオンとOHとのイオン交換作用を利用することで、ナノリン酸鉄ナトリウム材料を得る。本発明は、沈殿反応による速やかな核生成および陰イオン交換によるその場での転換作用を利用し、室温下でナノ化リン酸鉄ナトリウム生成物を速やかに効率的に製造することを達成する。 The present invention aims to provide a method for producing sodium iron phosphate material and the sodium iron phosphate material. It proposes a novel method for efficiently producing nano-sodium iron phosphate using a two-stage particle size control method under low-temperature conditions. Due to the relatively small Ksp of iron hydroxide and the relatively large reaction rate constant of the precipitation reaction, iron ions are rapidly precipitated under basic conditions to form an iron hydroxide precursor with a controllable particle size. Subsequently, nano-sodium iron phosphate material is obtained by utilizing the ion exchange reaction between anions such as PO 4 3− , F , and Cl and OH . The present invention utilizes the rapid nucleation by the precipitation reaction and the in-situ conversion by anion exchange to achieve the rapid and efficient production of nano-sodium iron phosphate products at room temperature.

本発明は、前記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。
室温条件下で、2段階の粒子径制御の方法を用いてナノリン酸鉄ナトリウム材料を製造し、具体的に下記のステップを含むリン酸鉄ナトリウム材料の製造方法。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.
The nano-sodium iron phosphate material is prepared by a two-stage particle size control method under room temperature conditions, specifically comprising the following steps:

1)二価または三価の鉄源を脱イオン水に溶かして溶液Aを調製する。前記二価または三価の鉄源が、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第一鉄、硝酸第二鉄、シュウ酸第一鉄などの鉄の二価または三価の無機/有機金属塩のうちの何れか1種または複数種である。溶液A中の鉄源の濃度が、0.1~5.0mol/Lである。 1) Solution A is prepared by dissolving a divalent or trivalent iron source in deionized water. The divalent or trivalent iron source is one or more of the following inorganic or organic divalent or trivalent iron salts: ferrous sulfate, ferric sulfate, ferrous chloride, ferric nitrate, and ferrous oxalate. The concentration of the iron source in Solution A is 0.1 to 5.0 mol/L.

2)塩基性物質を脱イオン水に溶かして溶液Bを調製する。前記塩基性物質が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどの水溶液が塩基性を呈する物質のうちの何れか1種または複数種である。溶液B中の塩基性物質の濃度が、0.1~5.0mol/Lである。所定の滴下速度で溶液Bを溶液Aに滴下し、溶液のpH=4~8になるまで撹拌を続け、遠心・濾過してスラリーを得る。 2) Solution B is prepared by dissolving a basic substance in deionized water. The basic substance is one or more of the following substances whose aqueous solutions are basic: sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia water, sodium carbonate, sodium bicarbonate, etc. The concentration of the basic substance in Solution B is 0.1 to 5.0 mol/L. Solution B is added dropwise to Solution A at a predetermined rate, and stirring is continued until the solution reaches a pH of 4 to 8. The solution is then centrifuged and filtered to obtain a slurry.

3)塩化物および/またはフッ化物とリン酸塩とを脱イオン水に溶かして溶液Cを調製する。前記塩化物が、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウムのうちの何れか1種または複数種であり、前記フッ化物が、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化アンモニウムのうちの何れか1種または複数種であり、前記リン酸塩が、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸ナトリウムのうちの何れか1種または複数種である。ステップ2)で得られたスラリーを溶液Cに分散させ、撹拌を0.5~24h続け、濾過し、乾燥して目的生成物を得る。 3) Prepare solution C by dissolving chloride and/or fluoride and phosphate in deionized water. The chloride is one or more of sodium chloride, potassium chloride, and ammonium chloride; the fluoride is one or more of sodium fluoride, potassium fluoride, and ammonium fluoride; and the phosphate is one or more of sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, and sodium phosphate. The slurry obtained in step 2) is dispersed in solution C, and stirring is continued for 0.5 to 24 hours. The mixture is then filtered and dried to obtain the desired product.

溶液C中の塩化物および/またはフッ化物とリン酸塩との濃度比が0~1:10であり、且つ二価または三価の鉄源とリン酸塩とのモル濃度比が1:1~1:3である。 The concentration ratio of chloride and/or fluoride to phosphate in solution C is 0 to 1:10, and the molar concentration ratio of the divalent or trivalent iron source to phosphate is 1:1 to 1:3.

リン酸鉄ナトリウム材料の製造方法で製造され、化学式がNaFeOPOCl(但し、0<x≦3、0≦y≦1、0≦a+b≦1)であり、ミクロトポグラフィーがナノ粒子状であるリン酸鉄ナトリウム材料。 A sodium iron phosphate material manufactured by a manufacturing method for a sodium iron phosphate material, having a chemical formula of Na x FeO y PO 4 F a Cl b (where 0<x≦3, 0≦y≦1, 0≦a+b≦1) and a nanoparticulate microtopography.

粒子径の分布は比較的集中している。本発明に係る製造方法は、簡単で効率的であり、室温条件下でリン酸鉄ナトリウム粒子の粒子径の効率的な調整・制御を達成することができ、平均粒子径が50~200nmに集中している。本発明に係るリン酸鉄ナトリウム材料は、良好な電気化学性能を有しており、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属二次電池の電極材料に適用できる。 The particle size distribution is relatively concentrated. The manufacturing method of the present invention is simple and efficient, and can achieve efficient adjustment and control of the particle size of sodium iron phosphate particles under room temperature conditions, with the average particle size being concentrated between 50 and 200 nm. The sodium iron phosphate material of the present invention has good electrochemical performance and can be used as an electrode material for alkaline metal secondary batteries such as lithium, sodium, and potassium.

本発明の特徴は、2段階の粒子径制御の方法を用いてナノリン酸鉄ナトリウム材料を製造することである。鉄水酸化物が比較的小さいKspを有する特性と沈殿反応が比較的大きい反応速度定数を有する特性を利用することで、鉄イオンを速やかに沈殿させて鉄の水酸化物を形成し、前駆体の粒子径を制御する目的を達成する。さらに、陰イオン交換の方法を用いてPO 3-、F、ClなどのアニオンとOHとのその場でのイオン交換により、ポリアニオンによる調整・制御作用を達成する。目的生成物の粒子径を二重制御することで、粒子径が小さく均一に分布するナノリン酸鉄ナトリウム生成物を得る。鉄水酸化物の沈殿反応による核生成速度が速いため、鉄水酸化物結晶核の成長が制限され、前駆体の粒子径が制御される。イオン交換プロセスは、結晶核の更なる成長に関与しないだけでなく、その場での転換機構により前駆体の重要な成分のその場での剥離を達成し、生成物の粒子径の更なる低下を促進する。即ち、2段階の粒子径制御工程によって、ナノ化リン酸鉄ナトリウムを速やかに効率的に製造することを達成することができた。 A key feature of this invention is the production of nano-sodium iron phosphate material using a two-stage particle size control method. Taking advantage of the relatively small Ksp of iron hydroxide and the relatively large reaction rate constant of the precipitation reaction, iron ions are rapidly precipitated to form iron hydroxide, thereby achieving the goal of controlling the particle size of the precursor. Furthermore, anion exchange is used to perform in situ ion exchange of anions such as PO 4 3- , F - , and Cl - with OH - to achieve the tuning and control effect of polyanions. This dual control of the particle size of the target product results in a nano-sodium iron phosphate product with small particle sizes and uniform particle distribution. The rapid nucleation rate of the iron hydroxide precipitation reaction limits the growth of iron hydroxide crystal nuclei, thereby controlling the particle size of the precursor. The ion exchange process not only does not contribute to further nucleation, but also achieves in situ exfoliation of key components of the precursor through an in situ conversion mechanism, further reducing the particle size of the product. In other words, this two-stage particle size control process allows for the rapid and efficient production of nano-sodium iron phosphate.

本発明は、従来技術に比べて、下記の有益な効果を奏する。
塩基性条件による鉄の沈殿と陰イオン交換の2段階の粒子径制御の方法により、粒子径が小さく粒子径の分布が均一であるナノリン酸鉄ナトリウム材料を製造することができた。沈殿反応による速やかな核生成作用により、鉄水酸化物前躯体が速やかに形成され、前駆体の粒子径が効果的に制御される。陰イオン交換作用により、PO 3-、F、ClなどのアニオンとOHとのその場での転換が達成され、ポリアニオンによる構造(ミクロ構造、電子構造)および性能の調整・制御作用が達成され、そしてナノ化リン酸鉄ナトリウムの効率的な製造が達成される。この製造方法により、リン酸鉄ナトリウム粒子の粒子径および均一性が効果的に調整・制御され、粒子の粒子径のナノスケール分布が達成される。F、Clなどのアニオンの導入は、リン酸鉄ナトリウム材料のイオン/電子伝導性の向上に寄与し、電気化学性能を向上させる。また、沈殿反応とイオン交換作用の反応は、十分であり、反応時間が短く、しかもいずれも室温条件下でも起こり得るため、本発明に係る製造方法は、室温条件下で効率的、速やかに完結することができ、スケールアップして製造することを達成しやすい。この方法は、その技術的利点および製造された製品の構造上や性能上の利点により、リン酸鉄ナトリウム系材料のエネルギー貯蔵分野への応用の限界を改善することが期待され、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属二次電池の電極材料の研究において広く応用される可能性がある。本発明の方法は、操作が簡単であり、效率が高く、工業的スケールアップされやすいなどの利点を有しており、リン酸鉄ナトリウム材料の電気化学エネルギー貯蔵分野での研究および応用展開を促進する。
The present invention has the following advantageous effects compared to the prior art.
Using a two-step particle size control method—iron precipitation under basic conditions and anion exchange—we were able to produce nano-sized sodium iron phosphate materials with small particle sizes and uniform particle size distributions. The rapid nucleation process of the precipitation reaction rapidly formed iron hydroxide precursors, effectively controlling the precursor particle size. The anion exchange process in situ converted anions such as PO4 3- , F- , and Cl- into OH- , allowing the polyanions to adjust and control the structure (microstructure, electronic structure) and performance, resulting in the efficient production of nano-sized sodium iron phosphate. This production method effectively controlled the particle size and uniformity of the sodium iron phosphate particles, achieving a nanoscale particle size distribution. The introduction of anions such as F- and Cl- improved the ionic and electronic conductivity of the sodium iron phosphate material, enhancing its electrochemical performance. Furthermore, because the precipitation and ion exchange reactions are efficient, have short reaction times, and can both occur at room temperature, the preparation method of the present invention can be completed efficiently and quickly at room temperature and is easily scaled up for production. Due to its technical advantages and the structural and performance advantages of the produced products, this method is expected to overcome the limitations of the application of sodium iron phosphate-based materials in the energy storage field and may be widely used in research on electrode materials for alkaline metal secondary batteries such as lithium, sodium, and potassium. The method of the present invention has the advantages of simple operation, high efficiency, and amenable to industrial scale-up, facilitating research and application of sodium iron phosphate materials in the field of electrochemical energy storage.

実施例1の方法で製造されたリン酸鉄ナトリウムのXRDグラフである。1 is an XRD graph of sodium iron phosphate produced by the method of Example 1. 実施例1の方法で製造されたリン酸鉄ナトリウム材料のSEM特性評価である。1 is an SEM characterization of the sodium iron phosphate material produced by the method of Example 1. 実施例1の方法で製造されたリン酸鉄ナトリウム材料のEDS元素分析による特性評価である。1 is a characterization of the sodium iron phosphate material produced by the method of Example 1 by EDS elemental analysis. 実施例2の方法で製造されたリン酸鉄ナトリウム材料の粒子径分布特性評価である。1 is a particle size distribution characterization of the sodium iron phosphate material produced by the method of Example 2. 実施例2の方法で製造されたリン酸鉄ナトリウム材料のBET特性評価である。1 is a BET characterization of the sodium iron phosphate material produced by the method of Example 2.

以下、本発明の実施例を参照して本発明の実施形態における技術的手段を明確で完全に記載するが、記載された実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明を限定するものではないことが明らかである。 The following provides a clear and complete description of the technical means in the embodiments of the present invention with reference to examples of the present invention, but it is clear that the described embodiments are merely examples and do not limit the present invention.

実施例1
1)硫酸第一鉄0.01molを秤量し、脱イオン水50mLに溶かして溶液Aを調製した。
2)水酸化ナトリウム0.1molを秤量し、脱イオン水50mLに溶かして溶液Bを調製した。1滴/秒の速度で溶液Bを溶液Aに滴下し、溶液のpH=5になるまで撹拌を続け、遠心・濾過してスラリーを得た。
3)フッ化ナトリウム0.01molとリン酸二水素ナトリウム0.03molを秤量し、脱イオン水50mLに溶かして溶液Cを調製した。ステップ2)で得られたスラリーを溶液Cに分散させ、撹拌を24h続け、濾過し、乾燥して目的生成物を得た。
Example 1
1) 0.01 mol of ferrous sulfate was weighed and dissolved in 50 mL of deionized water to prepare solution A.
2) 0.1 mol of sodium hydroxide was weighed out and dissolved in 50 mL of deionized water to prepare solution B. Solution B was added dropwise to solution A at a rate of 1 drop/second, and stirring was continued until the solution reached a pH of 5. The mixture was then centrifuged and filtered to obtain a slurry.
3) 0.01 mol of sodium fluoride and 0.03 mol of sodium dihydrogen phosphate were weighed and dissolved in 50 mL of deionized water to prepare solution C. The slurry obtained in step 2) was dispersed in solution C, and stirring was continued for 24 hours, followed by filtration and drying to obtain the target product.

図1から明らかなように、グラフの11.2°、13.2°、18.2°、19.5°および23.1°にNaFe(III)OPOFの特徴的な回折ピークが現れ、しかも回折ピークが高い強度を有する。これは、実施例1の方法でリン酸鉄ナトリウムを製造することに成功し、且つ得られたリン酸鉄ナトリウムの純度が高く、不純物が生成されないことを示している。 As is clear from Figure 1, characteristic diffraction peaks of Na3Fe (III) OPO4F appear at 11.2°, 13.2°, 18.2°, 19.5°, and 23.1° on the graph, and these diffraction peaks have high intensity. This indicates that the method of Example 1 was successful in producing sodium iron phosphate, and that the obtained sodium iron phosphate had high purity and no impurities were generated.

図2から明らかなように、実施例1で製造されたリン酸鉄ナトリウムは、ミクロトポグラフィーがナノ粒子状であり、粒子サイズの分布が均一で主に150nm程度に集中している。 As is clear from Figure 2, the sodium iron phosphate produced in Example 1 has a nanoparticulate microtopography, with a uniform particle size distribution that is primarily concentrated around 150 nm.

図3から明らかなように、実施例1で製造されたリン酸鉄ナトリウムにはNa、Fe、P、O、Fなどの元素が含まれており、各元素の割合はNa:Fe:P:O:F=25:7:10:36:8であり、NaFe(III)OPOFにおける構成元素の化学量論比と一致する。これは、製造されたリン酸鉄ナトリウムサンプルがNaFe(III)OPOFであることをさらに実証できた。 As is clear from Figure 3, the sodium iron phosphate produced in Example 1 contains elements such as Na, Fe, P, O, and F, with the ratio of each element being Na:Fe:P:O:F = 25:7:10:36:8, which is consistent with the stoichiometric ratio of the constituent elements in Na3Fe (III) OPO4F . This further demonstrates that the produced sodium iron phosphate sample is Na3Fe (III) OPO4F .

実施例2
1)塩化第一鉄0.01molを秤量し、脱イオン水50mLに溶かして溶液Aを調製した。
2)水酸化ナトリウム0.1molを秤量し、脱イオン水50mLに溶かして溶液Bを調製した。1滴/秒の速度で溶液Bを溶液Aに滴下し、溶液のpH=7になるまで撹拌を続け、遠心・濾過してスラリーを得た。
3)塩化カリウム0.01molとリン酸水素二ナトリウム0.02molを秤量し、脱イオン水50mLに溶かして溶液Cを調製した。ステップ2)で得られたスラリーを溶液Cに分散させ、撹拌を6h続け、濾過し、乾燥して目的生成物を得た。
Example 2
1) 0.01 mol of ferrous chloride was weighed and dissolved in 50 mL of deionized water to prepare solution A.
2) 0.1 mol of sodium hydroxide was weighed out and dissolved in 50 mL of deionized water to prepare solution B. Solution B was added dropwise to solution A at a rate of 1 drop/second, and stirring was continued until the pH of the solution reached 7, followed by centrifugation and filtration to obtain a slurry.
3) 0.01 mol of potassium chloride and 0.02 mol of disodium hydrogen phosphate were weighed and dissolved in 50 mL of deionized water to prepare solution C. The slurry obtained in step 2) was dispersed in solution C, and stirring was continued for 6 hours. The mixture was filtered and dried to obtain the target product.

図4から明らかなように、実施例2で製造されたリン酸鉄ナトリウムは、粒子径の分布が均一で、主に150nm程度に集中している。 As is clear from Figure 4, the sodium iron phosphate produced in Example 2 has a uniform particle size distribution, with the particle sizes concentrated mainly around 150 nm.

図5から明らかなように、実施例2で製造されたリン酸鉄ナトリウムは、比較的高い比表面積(31.8m/g)を有している。 As is clear from FIG. 5, the sodium iron phosphate produced in Example 2 has a relatively high specific surface area (31.8 m 2 /g).

実施例3
1)シュウ酸第一鉄0.01molを秤量し、脱イオン水50mLに溶かして溶液Aを調製した。
2)炭酸水素ナトリウム0.1molを秤量し、脱イオン水50mLに溶かして溶液Bを調製した。1滴/秒の速度で溶液Bを溶液Aに滴下し、溶液のpH=6になるまで撹拌を続け、遠心・濾過してスラリーを得た。
3)リン酸ナトリウム0.02molを秤量し、脱イオン水50mLに溶かして溶液Cを調製した。ステップ2)で得られたスラリーを溶液Cに分散させ、撹拌を16h続け、濾過し、乾燥して目的生成物を得た。
Example 3
1) 0.01 mol of ferrous oxalate was weighed and dissolved in 50 mL of deionized water to prepare solution A.
2) 0.1 mol of sodium bicarbonate was weighed out and dissolved in 50 mL of deionized water to prepare solution B. Solution B was added dropwise to solution A at a rate of 1 drop/second, and stirring was continued until the solution reached a pH of 6. The mixture was then centrifuged and filtered to obtain a slurry.
3) 0.02 mol of sodium phosphate was weighed and dissolved in 50 mL of deionized water to prepare solution C. The slurry obtained in step 2) was dispersed in solution C, and stirring was continued for 16 hours. The mixture was filtered and dried to obtain the target product.

比較例1
対照として、中国特許出願(202210454752.X)に記載されるリン酸鉄ナトリウムの製造方法を参照して適当に変更を加え、固相法によりリン酸鉄ナトリウムを製造した。具体的な手順は、下記の通りである。
Comparative Example 1
As a control, the sodium iron phosphate was prepared by a solid phase method with appropriate modifications based on the method for preparing sodium iron phosphate described in Chinese Patent Application No. 202210454752.X. The specific procedure is as follows:

1)乾式ボールミル法による原料混合:リン酸鉄150.82g、炭酸水素ナトリウム103.00g、グルコース22.62gを秤量し、ボールミルタンクに入れて乾式ボールミル法による原料混合を行った。回転数を300rpm/minとし、ボールミルによる混合時間を1hとした。 1) Raw material mixing using the dry ball mill method: 150.82 g of iron phosphate, 103.00 g of sodium bicarbonate, and 22.62 g of glucose were weighed out and placed in a ball mill tank where the raw materials were mixed using the dry ball mill method. The rotation speed was set to 300 rpm/min, and the mixing time using the ball mill was set to 1 hour.

2)湿式ボールミル法による原料混合:1)に脱イオン水300gを加えて高エネルギー湿式ボールミル法による混合を行った。ボールミルの回転数を500rpm/minとし、ボールミルによる混合時間を5hとし、乾燥して前駆体粉末材料を得た。 2) Raw material mixing using a wet ball mill: 300 g of deionized water was added to 1) and mixed using a high-energy wet ball mill. The ball mill rotation speed was set to 500 rpm/min, and the mixing time using the ball mill was set to 5 hours. The mixture was then dried to obtain a precursor powder material.

3)Ar雰囲気下で、前駆体粉末材料を管状炉に入れて高温焼成を行った。具体的に、2℃/minで350℃まで昇温して4h保温し、その後、5℃/minで700℃まで昇温して12h保温し、降温後、篩にかけ、粉砕してリン酸鉄ナトリウム正極材料を得た。 3) The precursor powder material was placed in a tubular furnace and subjected to high-temperature firing under an Ar atmosphere. Specifically, the temperature was raised to 350°C at 2°C/min and maintained at that temperature for 4 hours, then raised to 700°C at 5°C/min and maintained at that temperature for 12 hours. After cooling, the material was sieved and pulverized to obtain sodium iron phosphate positive electrode material.

表1は、実施例3の方法で製造されたリン酸鉄ナトリウム材料と比較例1で製造されたリン酸鉄ナトリウム材料との放電比容量の対比表である。 Table 1 compares the specific discharge capacity of the sodium iron phosphate material produced by the method of Example 3 and the sodium iron phosphate material produced by Comparative Example 1.

表1から明らかなように、50mA/gの充放電電流密度の条件下で、実施例3で製造されたリン酸鉄ナトリウムの比容量が98mAh/gであり、比較例1の方法で製造されたリン酸鉄ナトリウムサンプルの比容量(91mAh/g)よりも高く、対応するボタン電池のインピーダンスが、それぞれ160Ω、250Ωであった。製造されたナノ化リン酸鉄ナトリウムは、より小さいインピーダンスとより高い電子/イオン伝導性を有することから、より良好なナトリウム貯蔵性能を示すことが分かった。 As can be seen from Table 1, under conditions of a charge/discharge current density of 50 mA/g, the specific capacity of the sodium iron phosphate produced in Example 3 was 98 mAh/g, which was higher than the specific capacity (91 mAh/g) of the sodium iron phosphate sample produced by the method of Comparative Example 1, and the impedances of the corresponding button batteries were 160 Ω and 250 Ω, respectively. The nanosized sodium iron phosphate produced was found to have lower impedance and higher electronic/ionic conductivity, thereby exhibiting better sodium storage performance.

上記した実施例は、本発明の技術的手段を限定するものではなく説明するためのものである。前記実施例に基づいて本発明を詳しく説明したが、本発明に対して変更や均等的な置換を行うことが可能であり、本発明の思想および範囲を逸脱することなく行った変更や一部の置換がいずれも本発明の特許請求の範囲に含まれることは、当業者が理解すべきである。 The above-described examples are intended to illustrate, not limit, the technical means of the present invention. While the present invention has been described in detail based on the above examples, those skilled in the art should understand that modifications and equivalent substitutions can be made to the present invention, and that all modifications and partial substitutions made without departing from the spirit and scope of the present invention are included within the scope of the claims of the present invention.

Claims (10)

室温条件下で、2段階の粒子径制御の方法を用いて、化学式がNa FeO PO Cl (但し、0<x≦3、0≦y≦1、0≦a+b≦1)のナノリン酸鉄ナトリウム材料を製造し、具体的に下記のステップを含むことを特徴とするリン酸鉄ナトリウム材料の製造方法。
1)二価または三価の鉄源を脱イオン水に溶かして溶液Aを調製するステップ、
2)塩基性物質を脱イオン水に溶かして溶液Bを調製し、溶液Bを溶液Aに滴下し、溶液のpH=4~8になるまで撹拌を続け、遠心・濾過してスラリーを得るステップ、および、
3)塩化物および/またはフッ化物とリン酸塩とを脱イオン水に溶かして溶液Cを調製し、ステップ2)で得られたスラリーを溶液Cに分散させ、撹拌を0.5~24h続け、濾過し、乾燥して目的生成物を得るステップ。
A method for producing nano sodium iron phosphate material with the chemical formula Na x FeO y PO 4 F a Cl b (where 0<x≦3, 0≦y≦1, 0≦a+b≦1) is used under room temperature conditions using a two-stage particle size control method, and specifically includes the following steps:
1) preparing solution A by dissolving a divalent or trivalent iron source in deionized water;
2) dissolving a basic substance in deionized water to prepare solution B, adding solution B dropwise to solution A, stirring continuously until the pH of the solution reaches 4 to 8, and then centrifuging and filtering to obtain a slurry; and
3) Dissolve chloride and/or fluoride and phosphate in deionized water to prepare solution C, disperse the slurry obtained in step 2) in solution C, continue stirring for 0.5 to 24 hours, filter, and dry to obtain the target product.
前記二価または三価の鉄源が、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第一鉄、硝酸第二鉄、シュウ酸第一鉄のうちの何れか1種または複数種であることを特徴とする請求項1に記載のリン酸鉄ナトリウム材料の製造方法。 The method for producing sodium iron phosphate material according to claim 1, characterized in that the divalent or trivalent iron source is one or more of ferrous sulfate, ferric sulfate, ferrous chloride, ferric nitrate, and ferrous oxalate. 溶液A中の鉄源の濃度が、0.1~5.0mol/Lであることを特徴とする請求項1に記載のリン酸鉄ナトリウム材料の製造方法。 The method for producing sodium iron phosphate material described in claim 1, characterized in that the concentration of the iron source in solution A is 0.1 to 5.0 mol/L. 前記塩基性物質が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムのうちの何れか1種または複数種であることを特徴とする請求項1に記載のリン酸鉄ナトリウム材料の製造方法。 The method for producing sodium iron phosphate material according to claim 1, characterized in that the basic substance is one or more of sodium hydroxide, potassium hydroxide, aqueous ammonia, sodium carbonate, and sodium bicarbonate. 溶液B中の塩基性物質の濃度が、0.1~5.0mol/Lであることを特徴とする請求項1に記載のリン酸鉄ナトリウム材料の製造方法。 The method for producing sodium iron phosphate material described in claim 1, characterized in that the concentration of the basic substance in solution B is 0.1 to 5.0 mol/L. 前記塩化物が、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウムのうちの何れか1種または複数種であり、前記フッ化物が、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化アンモニウムのうちの何れか1種または複数種であり、前記リン酸塩が、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸ナトリウムのうちの何れか1種または複数種であることを特徴とする請求項1に記載のリン酸鉄ナトリウム材料の製造方法。 The method for producing sodium iron phosphate material according to claim 1, characterized in that the chloride is one or more of sodium chloride, potassium chloride, and ammonium chloride, the fluoride is one or more of sodium fluoride, potassium fluoride, and ammonium fluoride, and the phosphate is one or more of sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, and sodium phosphate. 前記ステップ3)では、溶液C中の塩化物および/またはフッ化物とリン酸塩との濃度比が0~1:10であり、且つ二価または三価の鉄源とリン酸塩とのモル濃度比が1:1~1:3であることを特徴とする請求項1に記載のリン酸鉄ナトリウム材料の製造方法。 The method for producing sodium iron phosphate material described in claim 1, characterized in that in step 3), the concentration ratio of chloride and/or fluoride to phosphate in solution C is 0 to 1:10, and the molar concentration ratio of the divalent or trivalent iron source to phosphate is 1:1 to 1:3. 学式がNaFeOPOCl(但し、0<x≦3、0<y≦1、0≦a+b≦1)であり、ミクロトポグラフィーがナノ粒子状であることを特徴とするリン酸鉄ナトリウム材料。 A sodium iron phosphate material having the chemical formula Na x FeO y PO 4 Fa Cl b (where 0<x≦3, 0<y≦1 , 0≦a+b≦1) and a nanoparticulate microtopography. 化学式がNaThe chemical formula is Na x FeOFeO y POP.O. 4 F a ClCl b (但し、x=3、0≦y≦1、0≦a+b≦1)であり、ミクロトポグラフィーがナノ粒子状であることを特徴とするリン酸鉄ナトリウム材料。(where x=3, 0≦y≦1, 0≦a+b≦1), and characterized in that the microtopography is nanoparticulate. リン酸鉄ナトリウム材料の平均粒子径が、50~200nmであることを特徴とする請求項8に記載のリン酸鉄ナトリウム材料。 The sodium iron phosphate material according to claim 8, characterized in that the average particle size of the sodium iron phosphate material is 50 to 200 nm.
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110091772A1 (en) 2008-03-31 2011-04-21 Yuji Mishima Process for producing lithium iron phosphate particles, lithium iron phosphate particles having olivine type structure, and positive electrode sheet and non-aqueous solvent-based secondary battery using the lithium iron phosphate particles
JP2012204322A (en) 2011-03-28 2012-10-22 Gs Yuasa Corp Method for producing active material for nonaqueous electrolyte secondary battery
US20130244100A1 (en) 2012-03-15 2013-09-19 Imra America, Inc. Iron phosphates: negative electrode materials for aqueous rechargeable sodium ion energy storage devices
US20150132640A1 (en) 2012-04-24 2015-05-14 National University Of Singapore Electrode material and method of synthesizing
CN106744777A (en) 2016-12-27 2017-05-31 陕西科技大学 A kind of NaFePO4The preparation method of nanosphere
JP2018026302A (en) 2016-08-12 2018-02-15 株式会社Ihi Positive electrode active material, positive electrode and sodium ion battery, and method for producing positive electrode active material
WO2020241713A1 (en) 2019-05-27 2020-12-03 国立大学法人九州大学 Aqueous sodium ion secondary battery
CN113745507A (en) 2021-09-02 2021-12-03 东北师范大学 Vanadium-oxygen-sodium chlorophosphate cathode material, preparation method and sodium ion battery
CN115432686A (en) 2022-09-14 2022-12-06 鞍钢集团北京研究院有限公司 Vanadium iron sodium phosphate material and preparation method and application thereof
CN115974042A (en) 2023-03-17 2023-04-18 河北惠尔信新材料股份有限公司 Continuous production method of sodium battery grade nano sodium iron phosphate

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110091772A1 (en) 2008-03-31 2011-04-21 Yuji Mishima Process for producing lithium iron phosphate particles, lithium iron phosphate particles having olivine type structure, and positive electrode sheet and non-aqueous solvent-based secondary battery using the lithium iron phosphate particles
JP2012204322A (en) 2011-03-28 2012-10-22 Gs Yuasa Corp Method for producing active material for nonaqueous electrolyte secondary battery
US20130244100A1 (en) 2012-03-15 2013-09-19 Imra America, Inc. Iron phosphates: negative electrode materials for aqueous rechargeable sodium ion energy storage devices
US20150132640A1 (en) 2012-04-24 2015-05-14 National University Of Singapore Electrode material and method of synthesizing
JP2018026302A (en) 2016-08-12 2018-02-15 株式会社Ihi Positive electrode active material, positive electrode and sodium ion battery, and method for producing positive electrode active material
CN106744777A (en) 2016-12-27 2017-05-31 陕西科技大学 A kind of NaFePO4The preparation method of nanosphere
WO2020241713A1 (en) 2019-05-27 2020-12-03 国立大学法人九州大学 Aqueous sodium ion secondary battery
CN113745507A (en) 2021-09-02 2021-12-03 东北师范大学 Vanadium-oxygen-sodium chlorophosphate cathode material, preparation method and sodium ion battery
CN115432686A (en) 2022-09-14 2022-12-06 鞍钢集团北京研究院有限公司 Vanadium iron sodium phosphate material and preparation method and application thereof
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