[发明专利]锂离子电池正极材料Na3V2(PO4)3的高温固相合成方法

说明书

技术领域

 本发明涉及利用高温固相法合成Na₃V₂(PO₄)₃锂离子电池正极材料，并进行了相关的电化学性能测试；结果表明，该材料是一种具有一定研究和应用前景的电池正极材料。属于当前热点的新能源材料技术领域。

背景技术

锂离子电池作为最新一代的环保蓄电装置，出现于20世纪90年代初，一经出现，便迅速引起了人们的关注，并且发展迅猛。锂电池具有很多突出优点，比如工作电压高、能量密度大、循环性能好等，在移动电话、笔记本电脑等电子设备中有着广泛的应用。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，在很大程度上影响着电池的性能，在某种意义上说，它直接决定着电池成本的高低。

目前，高性能锂离子电池及其电极材料的研究是电化学、材料化学、物理学等领域研究的热点之一。同时，随着锂电池的大量应用，锂资源的消耗也迅速增加，对应的会引起成本上升。而同为第I主族的钠离子和锂离子的性质有许多相似之处,钠离子完全有可能和锂离子一样构造一种广泛使用的二次电池。与锂离子电池相比，钠离子电池具有明显的优势，如原材料成本比锂离子电池低，半电池电位比锂离子电池高，因而安全性能明显优于锂离子电池。最近，国外关于钠离子电池负极材料的研究取得了良好进展，研究高性能的钠离子电池正极材料成为该类电池发展的一个关键。C. Delmas等在20世纪80年代初就研究了层状Na_xCoO₂正极材料，由于其在充电和放电之间的极化电压特别大，致使其能量转换效率不高，限制了实际使用范围。M. M. Doeff等首先对具有正交结构、空间群为Pbam的Na_0.44MnO₂作为钠离子电池正极材料进行了研究。虽然Na_0.44MnO₂的循环性能非常好，但是该材料的实际比容量偏低，工作电压也不高，限制了其在非水溶液钠离子电池中的应用。NaFePO₄F、Na₃V₂(PO₄)₂F₃、NaVPO₄F和Na_1.5VOPO₄F_0.5等氟化磷酸盐作为钠离子电池正极材料和混合电池的正极材料也得到广泛研究，但这类氟化磷酸盐的制备过程复杂并且会产生含氟气体污染环境。NASICON类材料具有三维开放离子输运通道，是一类快离子导体材料。中科院物理所胡勇胜等首次报道了碳包覆的具有NASICON结构的Na₃V₂(PO4)₃/C复合材料，其充放电平台在3.4V左右。由于其具有较高的比容量、相对较低的成本优势，日益成为研究热点之一。

发明内容

本发明目的在于，用固相法合成一种新型锂离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₃，该方法制备的Na₃V₂(PO₄)₃电化学性能高，且制备工艺简单，成本低廉，具有较好的应用前景。

本发明一种锂离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₃的高温固相合成方法，其特征在于，包括有下列具体步骤：

A. 按化学计量比称取草酸钠、五氧化二钒、磷酸二氢铵、乙炔黑，即主要原料的摩尔比为：草酸钠:五氧化二钒:磷酸二氢铵:乙炔黑=1.5:1:3:1.1，在研钵中充分研磨1~4小时；

B. 将上述充分研磨后的混合物粉末，在氮气气氛下，600~900℃下，煅烧15~20 h，自然冷却到室温，即得目标产物。

 

本发明具有以下优点：

1. 采用固相法，一步即可得到所要的电极材料。

2. 用金属钠代替金属锂，降低了成本，同时电化学性能也比较良好。

附图说明

图1为由实施例1制备的Na₃V₂(PO₄)₃的XRD图。

图2为由实施例1制备的Na₃V₂(PO₄)₃的SEM图。