[发明专利]碳包覆的氟磷酸钒钾碳纳米管复合材料及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳包覆的氟磷酸钒钾碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。具体以柠檬酸作为还原剂和碳源，水为分散剂，将偏钒酸铵、磷酸二氢铵、氟化钾、柠檬酸溶解在去离子水中，经过水浴加热反应制得前驱体，再在前驱体中加入碳纳米管进行喷雾干燥，喷雾干燥的同时进行超声，煅烧后，得到高比表面积、高导电性、离子传输快的碳包覆的氟磷酸钒钾碳纳米管复合的正极材料。本发明提供的碳包覆的氟磷酸钒钾碳纳米管复合材料，作为钾离子电池正极材料具有很好的循环性能，能够有效的提高钾离子电池的循环性能和容量。

技术领域

本发明属于钾离子电池正极材料技术领域，特别是涉及一种碳包覆的氟磷酸钒钠碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池由于其能量密度大，工作电压高，循环寿命长，自放电率低等优点，已被广泛的应用于各种便携式电子产品，纯电动车和混合动力汽车中。但是目前锂离子电池所存在的最大的问题是锂的生产成本高和资源的不足，难以满足未来长远的需求，钾离子电池的工作机理和锂离子电池的机理相似，钾资源丰富；因而钾离子电池备受关注。

钾离子电池的正极材料是影响钾离子电池的性能的关键所在。目前所报道的钾离子电池正极材料的电池的循环性能差，循环容量不稳定，稳定性和扩散系数较低等缺点，这严重限制了它的广泛应用。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明通过喷雾干燥辅助制备一种碳包覆的氟磷酸钒钾碳纳米管复合的钾离子电池正极材料的制备方法，所得的钾离子电池正极材料的导电性好，循环容量稳定，其制备方法简单，成本低，便于实现大规模生产。

本发明的第一个目的是提供一种碳包覆的氟磷酸钒钾碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将钒盐、磷酸盐、钾盐、氟源和还原剂按钒元素、磷元素、钾元素、氟元素和还原剂摩尔比1：1：1～1.8：1～1.8：0.8～1.5的比例溶解于去离子水中，得到混合原料，将所述混合原料进行水浴反应，反应温度为80～100℃，反应时间30～60min，得到氟磷酸钒钾前驱体溶液；

S2：向S1制备得到的前驱体溶液中加入碳纳米管，超声混合并进行喷雾干燥，得到粉末状前驱体；

S3：将S2得到的粉末状前驱体在惰性气氛下煅烧，先于200～300℃煅烧3～5h；再于600～800℃下煅烧6～10h，即得到所述复合材料。

优选地，S1中，所述钒盐选自V₂O₅、NH₄VO₃中的至少一种；所述磷酸盐选自NH₄H₂PO₄、(NH₄)₂HPO₄中的至少一种；所述钾盐和氟源为同一物质KF；所述还原剂选自二水合草酸，一水合柠檬酸中的至少一种。

优选地，S2中，前驱体溶液与碳纳米管超声混合的超声频率为50～200kHz，超声时间为0.5～4h。

优选地，S2中，所述碳纳米管为羧基化的碳纳米管。

更优选地，S2中，所述喷雾干燥所用喷雾干燥器的进风口温度为150～200℃，出风口温度为100～130℃，进料速度为5～20mL/min。

优选地，S3中，煅烧条件为：先于220～280℃煅烧3.5～4.5h；再于650～750℃下煅烧7～9h。

本发明的第二个目的是提供上述任一方法制备得到的碳包覆的氟磷酸钒钾碳纳米管复合材料。

优选地，所述的氟磷酸钒钾具有如下的分子式:K₃V₂O_2x(PO₄)₂F_3-2x，其中0≤x≤1。