[发明专利]一种NaVPO4F/C钠离子复合正极及其制备方法

说明书

本发明提供一种中间液相方法制备碳复合氟磷酸钒钠正极材料，具体步骤是称取钠源、钒源、氟源于小烧杯中，添加去离子水，搅拌20min至其完全溶解，将其转移至水热内胆中，添加去离子水至内胆体积的80%，在100~180℃的鼓风烘箱中水热12~48h。称取磷源及有机碳源于烧杯中，加入去离子水，搅拌20min至其完全溶解，之后将自然冷却后的中间相液体缓慢滴加到溶有磷源和有机碳源的烧杯中，搅拌20min至溶液变成橙黄色，之后将烧杯放置在75℃的鼓风烘箱中于36h烘干。将干燥后的前驱体研磨，并于氮气气氛下350℃预烧2~6h，然后在650~850℃下煅烧6~12h，自然冷却后得到NaVPO₄F/C复合材料，以其作为钠离子电池正极显示出较好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一类高性能钠离子电池正极材料，特别涉及一种NaVPO₄F/C复合材料的制备方法，属于电化学电源领域。

技术背景

锂离子电池与其他的二次电池相比，具有高能量密度、低自放电及无记忆效应等优点，目前已广泛地应用于便携式电子产品、纯动力电力汽车及混合动力汽车中。随着储能市场的进一步发展，锂离子电池未来在智能电网及大规模储能电站中的应用将会导致其需求剧增。这对本身并不充裕的锂资源而言，是一个巨大挑战。为实现可持续发展，开发和研究锂离子电池替代物迫在眉睫。

钠作为地球上的第六大元素，在陆地、海洋及湖泊中分布广泛，具有成本低廉、提取简单等优点。钠与锂处于同一主族，具有相似的物化性质，且钠离子电池也有着与锂离子类似的工作原理，同时具备了高能量密度、无记忆效应、低自放电及比锂离子电池更优的安全性能等优点，是锂离子电池的最佳替代物。目前，高性能钠离子电池的研发已成为国内外电池企业及研究院所的重要课题，其关键在于高性能钠离子电池电极材料的研究与应用。

NaVPO₄F作为一种新型的钠离子电池正极材料，具有较高的充、放电平台和可逆容量，体现了较强的实用价值。它作为一种聚阴离子型的正极材料，具有较高的稳定性，这为其超长的循环寿命提供了基础。然而，较差的导电性限制了它的发展。

发明内容

基于以上背景，本专利通过碳复合来改善NaVPO₄F的导电性，本发明提供一种NaVPO₄F/C钠离子电池复合正极材料的制备方法。通过水热法制备了中间液相，在中间相液体中引入碳源，利用烘干过程中中间相液体结晶诱导有机碳源分子在结晶产物表面吸附，在随后固相反应中，NaVPO₄F形成的同时，有机碳源分子沿NaVPO₄F表面原位炭化。这能显著提升NaVPO₄F与C在微观尺度复合均匀性，增强材料导电性；同时，C能够有效抑制NaVPO₄F晶粒长大，保证高钠离子扩散效率。所制备的NaVPO₄F/C复合材料作为钠离子电池正极材料显示出了优异的电化学性能。

本发明涉及一种钠离子电池正极的制备方法，所制备的NaVPO₄F/C为复合形貌，由平均尺寸约1μm的颗粒和多孔片状结构组成。具体制备方法步骤如下：将一定量的钠源、氟源、钒源、六次甲基四胺溶于装有20mL去离子水的小烧杯中，搅拌30min至其充分溶解；将得到的混合溶液转移至水热内胆中，添加去离子水至内胆体积的80%，之后在100~180℃的鼓风烘箱中水热12~48h，自然冷却得到中间相液体。称取一定量的碳源和磷源溶于去离子水中，搅拌20min至其充分溶解，然后缓慢滴加冷却后的中间相液体，滴加完毕后搅拌30min至颜色呈橙黄色，放置在75℃的鼓风烘箱中于36h烘干。将干燥后的前驱体研磨成粉末，于氮气气氛下350℃预烧2~6h，并在650~850℃下煅烧6~12h，自然冷却后得到NaVPO₄F/C复合正极材料。