[发明专利]一种钠离子电池用氟化磷酸钒钛钠/碳复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于钠离子电池材料技术领域，具体公开了一种一种氟化磷酸钒钛钠/碳复合材料，其特征在于：为氟化磷酸钒钛钠和碳材料的复合材料，所述的氟化磷酸钒钛钠的化学式为Na₃VTi(PO₄)₃F。本发明还公开了所述的复合材料的制备，预先将钒源和络合剂的水溶液在60～90℃预反应，将钠源、磷源、氟源加入预反应溶液中，并采用有机酸调节pH至3～5，再加入钛源，随后置于70～90℃温度下搅拌反应生成凝胶，将所得凝胶经过冷冻干燥，得到前驱体；将所述前驱体置于保护气氛下，在700～900℃煅烧，即得。本发明所述化学式的氟化磷酸钒钛钠的晶格中掺杂有部分F，通过F的掺杂修饰，可以明显提升材料的电学性能，意外提升材料在大电流下的倍率性能以及循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池正极材料，特别涉及一种NASICON晶型的Na₃VTi(PO₄)₃F/C复合正极材料及其制备方法，和在制备电化学性能优异钠离子电池中的应用，属于钠离子电池制备技术领域。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量密度、高稳定性、长寿命等优势，已经迅速占据便携式电子产品(笔记本电脑，智能移动装备，平板电脑等)市场，并不断向电动交通工具领域渗入。但是，锂资源在地壳中储量低(锂的地壳丰度为0.006％)，并且地域分布不均(大部分集中在南美洲)，使得锂离子电池在大范围推广应用的过程中锂价不断攀升，导致锂离子电池价格居高不下。因此，锂离子电池在大规模储电领域的应用难以真正实现。钠离子电池由于钠资源蕴藏量丰富、环境友好，被认为是一种理想的大规模储电应用技术而得到世界的广泛关注。

过去的几十年时间里，科研工作者对钠离子电池的正极材料开展了广泛研究。在现有的正极材料体系中，聚阴离子型化合物体系被认为是最具有商业前景的钠电正极材料体系。在聚阴离子型化合物体系中，NASICON型磷酸盐体系材料由于具有开放的离子扩散通道，优异的钠离子电导率，且材料结构稳定性及热稳定性高，极具应用前景。目前，磷酸钒钠、磷酸钒锰钠、磷酸钛锰钠等NASICON型正极材料不断被提出，其优异的大倍率和循环稳定性极大推动了钠离子电池正极材料的发展。因此，继续开发高电压，高容量，循环性能优异的聚阴离子型正极材料，对真正实现钠离子电池的实际应用极具意义。

发明内容

针对现有的钠离子电池正极材料存在的缺陷问题，本发明的第一个目的是在于提供了一种具有优异电化学性能的Na₃VTi(PO₄)₃F/C复合材料(本发明也简称复合材料)，旨在提升材料的电学性能。

本发明的第二个目的在于提供一种重复性好、操作简单、成本低廉制备所述氟化磷酸钒钛钠/碳复合材料的方法，该方法具有工业应用前景。

本发明的第三个目的在于提供所述一种氟化磷酸钒钛钠/碳复合材料为钠离子电池正极材料的应用，制备的钠离子电池具有高充放电比容量、良好倍率性能和循环稳定性能。

一种氟化磷酸钒钛钠/碳复合正极材料，为氟化磷酸钒钛钠和碳材料的复合材料，所述的氟化磷酸钒钛钠的化学式为Na₃VTi(PO₄)₃F。

本发明所述化学式的氟化磷酸钒钛钠的晶格中掺杂有部分F，通过F的掺杂修饰，可以明显提升材料的电学性能，例如，在明显提升材料的电压外，还可意外提升材料在大电流下的倍率性能以及循环稳定性。

本发明所述的氟化磷酸钒钛钠/碳复合材料，为钠快离子导体型晶体结构。

所述的氟化磷酸钒钛钠/碳复合材料，碳材料中允许掺杂的N、S、P中的至少一种杂元素。