[发明专利]一种焦磷酸钴钠/碳/石墨烯正极复合材料、制备和应用

说明书

本发明公开了一种焦磷酸钴钠/碳/石墨烯正极复合材料及其制备方法：将钴源、钠源，磷源，按照计量比分别溶解于去离子水中，加入酸性金属络合剂调节pH，搅拌均匀后加入一定量制备好的石墨烯溶液于上述溶液中。混合均匀后在水浴锅中加热至形成凝胶，之后在真空烘箱下蒸干水分得到前驱体，将其磨碎后在保护性气体下进行烧结，得到一种钠离子电池正极复合材料Na₂CoP₂O₇@C点缀在石墨烯上。本发明制备方法简单，条件温和。所制备的钠离子电池正极材料粒度均匀，形貌良好，该材料用于钠离子电池，具有高比容量、高电压，并且展示了良好的循环稳定性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池领域，具体涉及一种钠离子电池正极复合材料及其制备方法。

背景技术

目前，化石燃料仍然是主要的供电资源。然而随着人类不合理的开采和利用，化石能源日趋紧张，环境污染日益严重。因此，开发利用新的清洁资源以及可再生能源，如太阳能、风能、潮汐能等成为了当务之急。但另一方面，电网的正常运行需要稳定连续的发电，太阳能、风能、潮汐能等受到天气、地点以及时间等因素的制约，极大的限制了其大规模的应用和普及。为了解决该问题，大规模储电技术成为了一个重要的研究领域。其中，二次电池由于具有较高的能量密度和转化效率，成为了大规模储电的优先选择，而循环寿命长且具有高能量密度的锂离子电池被认为是极具有发展前景的二次电池。自20世纪90年代锂离子电池成功问世以来，其在电动汽车、便携电子设备等方面得到了相当规模的应用，但随着锂离子电池的不断进步与发展，一系列的隐患也逐渐暴露在了人们的视野当中。锂有限的资源以及不断攀升的原料价格势必会严重限制锂离子电池的大规模发展及应用。因此开发一种价格低廉、可持续发展的电池体系迫在眉睫。

钠和锂位于同一主族，具有相似的物理和化学性质，且钠资源储量丰富，可以不断的从海水中提取。虽然相比于锂而言，钠离子半径较大、标准电化学电位较低，导致钠离子电池的能量密度和功率密度相对较低，但未来随着市场需求的增加以及电池尺寸大小的优化，成本低廉、安全性高的钠离子电池具有相当广阔的前景，势必会成为后锂时代最重要的发展方向之一。

正极材料是钠离子电池发展的关键，但存在电压平台低、比容量不高以及寿命欠佳等问题，开发高电压、高比容量和良好稳定性的正极材料尤为关键。聚阴离子型Na₂CoP₂O₇具有稳定的三维结构、循环寿命优良、且具备较高的放电平台等优势，但材料制备困难、杂相多、导电性差且形貌难以控制。

发明内容

本发明第一目的在于提供焦磷酸钴钠/碳/石墨烯正极复合材料(本发明也标记为Na₂CoP₂O₇/C/RGO，或者为Na₂CoP₂O₇@C@RGO)。

本发明第二目的在于提供一种焦磷酸钴钠/碳/石墨烯正极复合材料的制备方法，旨在提供一种工艺简单、重复性好、成本低廉、环境友好的制备方法。

本发明第三目的在于提供所述的正极复合材料的在钠离子电池领域的应用，旨在通过所述的正极材料，提升钠离子电池的电化学性能。

一种焦磷酸钴钠/碳/石墨烯正极复合材料，以石墨烯为基底，在石墨烯的三维网络中复合有焦磷酸钴钠@碳的复合材料。

本发明提供的正极复合材料，在石墨烯构成的三维导电网络中点缀正极材料，所述的正极材料为焦磷酸钴钠(化学式为Na₂CoP₂O₇)与碳的复合材料(Na₂CoP₂O₇@C复合材料)。所述的焦磷酸钴钠@碳的复合材料中，碳材料包覆在焦磷酸钴钠表面。

本发明人发现，所述的结构和组成的正极复合材料，具有优异的电学性能。