[发明专利]一种钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₃/C的制备方法，属能源材料与技术领域。

背景技术

磷酸钒钠(Na₃V₂(PO₄)₃)是一种新型的钠离子电池正极材料，它具有稳定的结构、平坦的充放电平台、较高的容量、良好的循环性能等优点，是极具应用前景的钠离子电池正极材料。传统的制备方法有高温固相烧结法、溶胶凝胶法、碳热还原法、水热法等。这些方法通过碳热还原钒或者高温氢气还原，合成温度高、制备周期长、产物含杂相，成本消耗较高，并且不能保证高价钒在高温条件下被充分的还原，因而不能得到电化学性能较优的磷酸钒钠。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钠离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₃/C的制备方法。该方法流程短、易控制、成本低，制备的Na₃V₂(PO₄)₃/C纯度高，结晶度高，易于实现钠离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₃/C的大规模生产。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种钠离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₃/C的制备方法，步骤如下：

(1)以高价钒源化合物、钠源化合物、磷源化合物和还原剂为原料，按钠、钒、磷元素的摩尔比为3:2:3，还原剂和高价钒源化合物的摩尔比3:1-15:1，称量反应原料，机械球磨2-20小时，以在常温下将高价钒还原成低价钒；

(2)将步骤(1)中球磨得到的前驱物转入惰性气氛或者还原气氛中，在600-900℃保温4-20小时，即得到磷酸钒钠材料。

按上述方案，所述的高价钒源化合物为偏钒酸铵、五氧化二钒、二氧化钒、钒酸钠、偏钒酸钠中的一种或几种。

按上述方案，所述的磷源化合物为磷酸二氢钠、磷酸钠、磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸三铵中的一种或几种。

按上述方案，所述的钠源化合物为磷酸二氢钠、磷酸钠、碳酸钠、硝酸钠、草酸钠、醋酸钠、硫酸钠、氢氧化钠、甲酸钠、柠檬酸钠中的一种或几种。

按上述方案，所述的还原剂为草酸、抗坏血酸、甲醛、乙醛、正丁醛、乳酸、柠檬酸、苹果酸、乙二酸、己二酸中的一种或几种。优选为草酸、柠檬酸中的一种或两种的混合。

本方法采用低温化学还原法将高价钒还原成低价钒，可实现钒的充分均匀还原，并实现反应原料的充分混合均匀，然后高温煅烧，得到Na₃V₂(PO₄)₃/C材料。本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

所选钒源为高价钒，大大降低了合成条件和原料成本；

通过加入还原剂机械球磨，可实现高价钒的低温化学充分均匀还原，并使反应原料充分混合均匀，有效降低了合成成本，并有利于得到纯度和结晶性高的磷酸钒钠；

本发明制备的Na₃V₂(PO₄)₃/C材料作为二次钠离子电池的正极材料，在2-3.9V范围内，首周放电容量在116mAh/g；

含有本发明的Na₃V₂(PO₄)₃/C材料有较好的电化学性能(可以放出接近理论的放电比容量，并具有非常优异的倍率放电性能)，安全性高，价格便宜，合成工艺简单、易控制，可以应用于储能设备、后备电源、储备电源等；

本发明合成周期短、原料廉价、工艺简单、易于控制，具有显著的实用价值和良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明Na₃V₂(PO₄)₃/C材料的X射线衍射图。