[发明专利]一种钠离子电池用的镁取代磷酸钒钠/碳复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钠离子电池用的镁取代磷酸钒钠/碳复合正极材料，其化学式为Mg_xNa_3‑2xV₂(PO₄)₃/C,0.05≤x≤0.2。本发明还提供了上述正极材料的制备方法，首先将磷酸二氢铵、偏钒酸铵、碳酸钠、氧化镁、柠檬酸加入水中并搅拌，再在70摄氏度下左右水浴持续搅拌直至凝胶，将所得蓝色凝胶进行干燥并研磨得到粉末前驱体，将该前驱体粉末在700‑900摄氏度还原气氛下煅烧5‑15小时后得到钠离子电池用正极材料。本发明获得的钠离子电池正极材料展现出了较高的放电比容量和良好的循环性能，在将来的钠电储能系统中有较佳的应用前景。

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种钠离子电池正极材料，具体来说是一种钠离子电池用的镁取代磷酸钒钠/碳复合正极材料及其制备方法。

背景技术

能量的储存和转化与人类社会息息相关，在过去几十年里，锂离子电池广泛应用于全球范围的各个领域中，小到便携式电子设备大到电动汽车、大巴等，取得了极快的发展。但是，由于锂资源的短缺，对其如此量大的需求导致了锂源价格不断上涨，这严重的限制了锂离子电池在大规模储能领域中的应用。而钠与锂有着相似的物理化学性质，且钠离子电池与锂离子电池的工作原理相近，而钠源广布分布于地壳和海水当中(储量是锂源的430倍)，因此其容易获取，成本低廉，比锂离子电池更符合在大规模储能领域中的应用。

磷酸钒钠具有一种三维开框的稳定钠超离子导体(NASICON)结构，并且由VO6、PO4基团交替组成的灯笼结构能够让材料让其在充放电过程中能够保持稳定，拥有较高的放电平台与使用寿命，是绝佳的钠离子电池正极材料。

但是，磷酸钒钠材料与橄榄石结构的磷酸铁锂材料一样，具有较低的电子电导率和离子迁移速率，因此，对磷酸钒钠材料进行结构和成分的调控，通过离子取代在材料结构内部中产生缺陷，可提高离子迁移速率与电子电导率，以达到优异的电化学性能。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种钠离子电池用的镁取代磷酸钒钠/碳复合正极材料及其制备方法，所述的这种钠离子电池用的镁取代磷酸钒钠/碳复合正极材料的电子电导率和离子迁移速率较低的技术问题。

本发明提供了一种钠离子电池用的镁取代磷酸钒钠/碳复合正极材料，其化学式为Mg_xNa_3-2xV₂(PO₄)₃/C，0.05≤x≤0.2。

本发明还提供了上述的一种钠离子电池用的镁取代磷酸钒钠/碳复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)称取89重量份的偏钒酸铵、131重量份的磷酸二氢铵，106～212重量份的柠檬酸，溶于去离子水中，搅拌直至其完全溶解；

2)将52～60重量份的碳酸钠和0.73～3.05重量份的氧化镁加入步骤1)的混合溶液中，搅拌混合均匀；

3)将步骤2)中得到的混合溶液移至水浴锅里，调节水温至60～80度，持续搅拌6-18小时后，得到蓝色的凝胶产物；

4)将步骤3)中得到的凝胶移至烘箱中，70℃烘12～48小时，得到块状的固体，将固体研磨，得到蓝色的前驱体粉末；

5)将步骤4)中得到的前驱体粉末在管式炉中，在施加含H₂体积百分比为5％的H₂/Ar混合气氛中煅烧，首先升温到350℃并保温6h，接着升温到700～900℃保温5-15小时，降至室温后得到钠离子电池用正极材料镁取代的磷酸钒钠/碳复合物。

进一步的，制备过程中所用的原料的重量份数如下：

碳酸钠：56份

氧化镁：1.53份