[发明专利]制备Na3

说明书

本发明涉及制备Na₃V₂(PO₄)₂F₃材料的方法，所述方法至少包括以下步骤：a)在不存在元素碳并且存在至少一种磷酸根阴离子前体的还原性气氛下还原氧化钒V₂O₅，以形成磷酸钒VPO₄；以及b)在惰性气氛下，将步骤a)中获得的VPO₄材料与有效量的氟化钠NaF及作为元素碳的来源的有效量的至少一种基于烃且含氧的化合物的混合物暴露于适于煅烧所述混合物的温度条件以形成所述Na₃V₂(PO₄)₂F₃化合物。本发明还涉及使用根据本发明材料的电极材料、电极和钠蓄电池。

技术领域

本发明涉及蓄电池领域。更具体地，其目的是提供一种制备用于蓄电池电极并且更特别是用于钠离子电池的阴极的活性材料。

背景技术

近年来，从锂离子电池用于移动电话、电动汽车等各种电子设备的角度来看，锂离子电池的需求已经增加。然而，锂基化合物价格相对昂贵，而且天然锂源在地球上分布不均，并且由于位于少数几个国家而不易获得。因此，已经在寻找这一要素的替代品。为此，已经开发了钠离子电池。钠实际上是非常丰富且均匀分布的，并且有利的是无毒且经济上更有利。

然而，对于三倍摩尔质量而言，Na⁺/Na对的氧化还原电位是-2.71V vs.ESH，因此大于Li⁺/Li对的氧化还原电位(-3.05V vs.ESH)。这些特殊性使得晶核材料的选择变得困难。近来，NaVPO₄F材料已被提议作为钠离子电池的阴极材料。同样，从其电化学性能水平的角度来看，已经证明Na₃V₂(PO₄)₂F₃是特别有利的材料。

因此已经开发了制备Na₃V₂(PO₄)₂F₃材料的方法。常规地，V₂O₅在磷酸或其前体的存在下还原，以形成VPO₄，然后VPO₄在NaF存在的惰性气氛下煅烧以形成Na₃V₂(PO₄)₂F₃。

关于V₂O₅还原的第一步，目前有几种替代方案可用。然而，它们中没有一个可以实际上推广为大量制备并因此适用于工业规模。

因此，Barker等人在专利US 6 872 492中提出了通过将其与NH₄H₂PO₄和碳黑混合来进行V₂O₅还原。该常规方法使用元素碳作为还原剂。这种还原方法也称为碳热还原。使用元素碳作为还原剂在两个方面是有利的。首先，元素碳自然是一种良好的导体，被证明是对V₂O₅有效的还原剂。而且，其过量使用导致形成具有更好导电性能的复合材料。然而，由此获得的材料是原生颗粒团聚体的形式，其大小为数微米。