[发明专利]一种钌掺杂碳包覆磷酸钒钠正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钌掺杂碳包覆磷酸钒钠正极材料及其制备方法，是在磷酸钒钠电极材料中掺杂钌离子，并在磷酸钒钠电极材料外包覆碳。本发明使磷酸钒钠正极材料的首次放电容量和循环性能得到提升，且方法简单，易于量化生产和推广应用。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种钌掺杂碳包覆磷酸钒钠正极材料的制备方法

背景技术

锂离子电池由于其较大的能量密度、较长的循环寿命以及无记忆效应等诸多优点，已经被广泛应用于各种便携式电子产品及设备。特别是在能源危机和环境恶化的双重压力下，人类社会对锂离子电池的依赖性将越来越大，对锂的需求将越来越多。但是地壳中的锂含量分布不均衡，且难以满足如此大的需求量，导致锂源价格不断上涨，不能满足社会发展的需要。因此，迫切需要开发新一代具有良好综合性能的新型储能电池系统。

和锂相比，钠储量更加丰富、分布更加广泛、价格更低、易于提取，且钠与锂同族，电化学性质非常相似。因此钠离子电池受到了研究者们的青睐。在众多钠离子电池正极材料中，NASICON结构的正极材料因具有稳定的三维骨架结构和较高的离子传导性，而备受关注，其中最具有代表性的钠离子电池NASICON型正极材料是磷酸钒钠(化学式Na₃V₂(PO₄)₃，简称NVP)。NVP具有三维框架结构，有助于钠离子的嵌入与脱出，且嵌入脱出过程对材料的体积变化影响较小，使得材料具有较好的循环和倍率性能。

但是，磷酸钒钠也有不足之处，那就是其电子电导率和离子迁移速率较低，不仅影响了其高比容量的发挥，还限制了其在大电流下的充放电能力。因此需要对它进行掺杂包覆改性研究，以提升其电化学性能。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种钌掺杂碳包覆磷酸钒钠正极材料及其制备方法，旨在提高现有磷酸钒钠的首次放电容量和循环性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明公开了一种钌掺杂碳包覆磷酸钒钠正极材料，其是在磷酸钒钠电极材料中掺杂钌离子，并在磷酸钒钠电极材料外包覆碳。

本发明钌掺杂碳包覆磷酸钒钠正极材料的制备方法，步骤如下：

(1)按照Na：V：P：Ru：C＝3：2-x：3：x：2的摩尔比，称取钠源、钒源、磷源、钌源和碳源，0.1≤x≤0.2；

(2)将钒源和草酸溶解在去离子水中，60℃加热搅拌直至其完全溶解，再加入磷源和钠源，在75℃～95℃水浴条件下磁力搅拌加热0.5～1h，形成混合液；然后将钌源、碳源和聚乙二醇-400加入所述混合液中，继续搅拌加热至形成凝胶；将所述凝胶真空干燥后，研磨，获得混合粉末；

其中：草酸与碳源的摩尔比为1：1，碳源摩尔量与聚乙二醇-400体积的比为0.01mol：10mL；

(3)将所述混合粉末在充满惰性气体的管式炉中，以350℃～400℃低温初烧3.5～4.5h；所得产物取出后再次研磨均匀，然后再在充满惰性气体的管式炉中，以750℃～850℃高温煅烧8～10h，即获得钌掺杂碳包覆磷酸钒钠正极材料。

优选的，所述碳源为柠檬酸、蔗糖、抗坏血酸、甘氨酸和聚乙烯醇中的至少一种。

优选的，所述钠源为碳酸钠、草酸钠、柠檬酸钠、磷酸钠、乳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠、硫酸钠、硝酸钠和磷酸二氢钠中的至少一种。

优选的，所述钒源为偏钒酸铵、硫酸氧钒、二氧化钒和三氧化二钒中的至少一种。

优选的，所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸、磷酸氢二铵和磷酸铵中的至少一种。

优选的，所述钌源为氯化钌或者二氧化钌。