[发明专利]氟磷酸钒钠正极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种氟磷酸钒钠正极材料的制备方法。将钒源、磷源、钠源、氟源和有机还原剂混合制成溶液后，通过喷雾热解得到Na₃V₂(PO₄)₂F₃微球，然后与碳材料进行机械球磨，得到结晶良好的Na₃V₂(PO₄)₂F₃/C材料。本发明采用的喷雾热解‑机械球磨法相较于传统球磨法具有合成材料速度快、能耗低、产量大、工序简单易操作等优点，避免了原料在高温下长时间的烧结过程。所得的Na₃V₂(PO₄)₂F₃微球和最终Na₃V₂(PO₄)₂F₃/C材料均具有球形形貌，粒径较小。所制备的Na₃V₂(PO₄)₂F₃/C材料通过电化学性能测试，具有较好的放电比容量，在钠离子电池正极材料中具有较好应用前景。

技术领域

本发明涉及钠离子电池正极材料领域，特别涉及一种氟磷酸钒钠正极材料的制备方法。

背景技术

随着3C领域、新能源汽车和新能源储能等领域的迅速发展，锂离子电池被大规模应用。人们已不满足于现有设备的能量密度，对锂离子电池的需求也愈发增加。从2016年至今碳酸锂价格不断上涨，值得注意的是，锂元素在地球丰度大约在0.0065％，如此低量的资源无法承受巨大的锂资源消耗。锂离子电池的发展无疑会受到价格的制约。钠离子电池被认为是最佳的候选电源，这是因为钠与锂元素为同一主族，位置相邻，物理化学性能相似，且钠离子电池与锂离子电池具有相同的工作原理和结构。

聚阴离子型化合物作为一种具有应用前景的钠离子电池正极材料，具有很好的热稳定性。在室温下，氟磷酸钒钠(Na₃V₂₍PO₄)₂F₃)材料的存在形态为β-Na₃V₂(PO₄)₂F₃，对应P42/mnm空间群，属于四方晶系。由[M₂O₈F₃]八面体和[PO⁴]四面体构成一种三维的结构，这种三维结构中的Na⁺可以自由的扩散，每两个[M₂O₈F₃]八面体由一个F原子链接，而Na原子则分布在这种静电力网格中的两个通道内。从目前的报道来看，Na₃V₂₍PO₄)₂F₃的合成方法主要有球磨法、高温固相法、水热法，这些方法均存在高温(600℃～700℃)长时间(4h～12h)烧结过程，因此制备时间常，能耗高。

中国专利CN103594716A公开了通过溶胶凝胶活化辅助两步高温固相法制备的氟磷酸钒钠正极材料的方法，该方法制备出的材料具有稳定性好，粒径均匀的特点，但反应过程漫长，生产成本高。

中国专利CN108682855A公开了一种通过水热法可控制备氟磷酸钒钠正极材料的方法，水热时间长达6～12h，反应过程十分漫长，原材料价格高，不利于大规模生产。

若想实现产品大规模生产，必须寻求一种绿色、低耗能的方法。

发明内容