[发明专利]一种钠离子电池正极复相材料

说明书

本发明涉及一种钠离子电池正极复相材料Na_1.1V₃O_7.9/NaV₆O₁₅，该复相材料是利用调节水热温度制备前驱体材料VO₂并按照一定的配比与NaOH混合，经过热处理后制得复相目标材料Na_1.1V₃O_7.9/NaV₆O₁₅，该复相电极材料用作钠离子电池正极时具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种具有良好电化学性能的钠离子电池正极复相材料Na_1.1V₃O_7.9/NaV₆O₁₅，属于钠离子电池正极材料技术领域。

背景技术

钠元素与锂元素处于同一主族，有着相似的物理化学性质，同时钠元素具有全球储量丰富、分布广泛、提取简单等优势。近几年的研究情况表明，钠离子电池具有与锂离子电池相似的电化学性能，因此，钠离子电池也被认为是非常具有潜力的一种新型储能电池体系，开展钠离子电池的研究工作对维持能源的可持续发展具有极其重要的意义。与锂离子电池相类似，钠离子电池目前主要的问题是电池正极材料仍无法满足高能大功率的要求。成本低，高比容量的钒系化合物材料成为了研究钠离子电池的热点。钒酸盐材料具有高容量、低成本、易合成等优点，在钠离子电池等领域有良好的应用前景。但钒系正极材料循环稳定性能和倍率性能差是目前面临的主要问题。Na_1.1V₃O_7.9属于单斜晶系、21/m空间群的层状化合物，Na⁺占据层间的八面体空隙位置，该位置的活化能较高。Na_1.1V₃O_7.9为 Li/Na 离子二次电池正极材料，通过与离子发生氧化、还原反应进行离子的嵌入和脱出，具有较高的比容量，目前的研究主要是通过材料尺寸的纳米化和结构复合来改善其循环稳定性。NaV₆O₁₅属于A2/m（12）空间群a=10.07Å，b=3.61Å，c=15.38Å，同时拥有可以提供钠离子迁移的三维通道结构，由共边的[VO₆]八面体形成之字形链，之字形链再通过共点连接组成平面。[VO₅]四角锥以一种扭曲的方式排列成面，与[VO₆]八面体层一起形成通道结构，其内部则可以填充锂/钠离子。NaV₆O₁₅中钒元素的化合价为+4.83，接近它的最高价态（+5）。V⁴⁺/V⁵⁺的混合价使其具有很高的电子电导和化学反应活性。有针对性的对电极材料形貌改性与掺杂是提升比容量，循环性能以及倍率性能的有效手段。本发明主要涉及的复相电极材料Na_1.1V₃O_7.9/NaV₆O₁₅，在用作钠离子电池正极时呈现出优异的电化学性能。

发明内容

主要针对钒系正极材料循环稳定性能差的问题，本发明调节水热温度制备前驱体VO₂并按照一定的配比与NaOH混合，经过热处理后制得复相目标材料Na_1.1V₃O_7.9/NaV₆O₁₅，该材料用作钠离子电池正极时具有优异的电化学性能。

具体制备方案为：

（1）将一定量的V₂O₅（分子量181.88，分析纯)、草酸、蒸馏水按质量比1：1：30的比例配成悬浊液并在80℃下搅拌2h后倒入聚四氟乙烯反应釜中，充填体积控制在80%，调节水热温度160~200℃并保温24h，收集蓝黑色沉淀，经洗涤干燥后得到所需的前驱体材料VO₂。