[发明专利]一种掺杂改性磷酸钒钠的钠离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体涉及一种掺杂改性磷酸钒钠的钠离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

随着化石能源和环境问题的日益恶化，绿色能源的重要性更加显著。这对二次能源提出来更多的需求。钠离子二次电池作为一种高性能的二次绿色电池，已经广泛应用于各种便携式电源以及电动汽车。NASICON结构钠离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₃具有原料资源丰富、价格低廉、环境友好、稳定性和循环性能优越等优点，是钠离子电池正极材料的重要替代品。

但是钠离子在该电极材料中的扩散速率低，Na₃V₂(PO₄)₃的导电性能差，材料的利用率低，电极的倍率充放电性能差，制约了Na₃V₂(PO₄)₃材料的大倍率输出。目前，普遍有两种典型的方法来提高倍率性能：一种是设计纳米级Na₃V₂(PO₄)₃，以减少钠离子在固相中的扩散距离，另一种是通过表面改性或离子掺杂来提升离子扩散和电子传导性，从而加速电荷转移。

因此，Na₃V₂(PO₄)₃的掺杂改性能够有效的改善晶体的离子扩散和电子传导，改善Na₃V₂(PO₄)₃电极材料的电化学性能。近年来，国内外报道了不同方法合成改性Na₃V₂(PO₄)₃材料，静电纺丝和碳包覆都能有效改性大倍率性能；但是，前者的工艺要求复杂的设备，产率低，后者增加工艺，使得工艺复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种掺杂改性磷酸钒钠的钠离子电池正极材料的制备方法，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种掺杂改性磷酸钒钠的钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：前驱体的制备：将含钠的原料、含钒的原料、含磷酸的原料、M掺杂元素化合物、有机碳材料和溶剂混合形成浆料，烘干所述浆料，以制得前驱体；其中，掺杂元素M为Ti或Mo；

步骤S2：产物的烧结制备：将所述前驱体置于750℃～900℃的温度下进行热处理即得到掺杂改性磷酸钒钠的钠离子电池正极材料。

本发明的有益效果是：通过前驱体制备步骤与产物烧结制备步骤两者的整体配合以制备掺杂改性磷酸钒钠，制备方法工艺简单、能耗低、成本低廉。

进一步：所述步骤S1的具体实现为：

所述掺杂元素M为Ti元素时，

步骤S11：按元素物质的量比为Na：V：P：Ti＝3-x：2-x：3：x称取含钠的原料、含钒的原料、含磷酸的原料和Ti掺杂元素化合物；其中，x为小于等于0.2的非负数；

步骤S12：向称取的所述含钠的原料、所述含钒的原料、所述含磷酸的原料以及所述Ti掺杂元素化合物中加入有机碳材料和溶剂，混合搅拌均匀形成浆料；

步骤S13：研磨所述浆料至少0.5小时，将研磨后的所述浆料烘干，以制得前驱体；

所述掺杂元素M为Mo元素时，

步骤S11a：按元素物质的量比为Na：V：P：Mo＝3-5y：2-y：3：y称取含钠的原料、含钒的原料、含磷酸的原料和Mo掺杂元素化合物；其中，y为小于等于0.2的非负数；

步骤S12a：向称取的所述含钠的原料、所述含钒的原料、所述含磷酸的原料以及所述Mo掺杂元素化合物中加入有机碳材料和溶剂，混合搅拌均匀形成浆料；

步骤S13a：研磨所述浆料至少0.5小时，将研磨后的所述浆料烘干，以制得前驱体。

上述进一步方案的有益效果是：通过前驱体制备步骤与产物烧结制备步骤两者的整体配合以及对前驱体中掺杂元素的种类、前驱体中各种掺杂元素的掺杂比例和烧结工艺中热处理温度的改进，使得到的掺杂改性磷酸钒钠正极材料产物结构稳定、粒子纯度高、粒径均一、具有良好的电学性质且倍率性能效果良好，同时制备的掺杂改性磷酸钒钠正极材料产物的粒子综合性能好，无毒、无二次污染。

进一步：所述含钠的原料为碳酸钠。