[发明专利]一种氟磷酸钒钠/还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于钠/锌离子电池电极材料领域，公开了一种氟磷酸钒钠/还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用。制备方法按照以下步骤：将乙酰丙酮钒溶于无水乙醇中得到乙酰丙酮钒溶液；将磷酸二氢钠和氟化钠溶于去离子水中得到混合溶液；将乙酰丙酮钒溶液和混合溶液混合得到预混液；将氧化石墨烯溶液加入预混液中，再进行微波水热反应，反应过程中持续搅拌，所得产物用去离子水和无水乙醇通过离心的方式多次洗涤，除去杂质，干燥后得到反应前驱体，将前驱体置于管式炉中，在惰性气体的氛围下进行热处理，得到氟磷酸钒钠/还原氧化石墨烯复合材料。石墨烯的加入对氟磷酸钒钠的电子电导率有明显的提高。

技术领域

本发明属于钠/锌离子电池电极材料领域，特别涉及一种氟磷酸钒钠(Na₃V₂(PO₄)₂F₃)/还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着世界各国工业化步伐的加快，各国对能源的消耗也与日俱增，能源消耗中不可再生能源占很大的比重，化石能源的大量使用加剧了环境的污染，从而可再生能源的开发和利用愈加迫切。当前作为能源存储器件备受瞩目的二次电池已经展现了广阔的商用前景。目前，商用的锂离子电池有着工作电压高、比能量大和工作温度窗口宽等优点。但由于锂资源在地壳中储量有限，而且分布不均，这极大限制了锂离子电池的发展。

与锂处于同主族的钠，两者在物理和化学性质上极其相似。而且钠资源的储量丰富，在地球上分布广泛，成本较低。锌金属的化学性质比较稳定，锌～空气电池和水系锌离子电池与锂离子电池相比具有成本低、环保、安全等优势，所以钠/锌离子电池的发展备受瞩目。正极材料的容量对钠/锌离子电池的电化学性能影响较大，研发高容量、稳定性好以及电化学窗口宽的正极材料是推动钠/锌离子电池实现应用的关键一环。

聚阴离子型化合物是极具潜力的正极材料。聚阴离子型化合物具有稳定的晶体结构，此类化合物的稳定性较好。Na₃V₂(PO₄)₂F₃是典型的聚阴离子型化合物。其具有NASICON(钠离子超导体)结构，可以实现钠离子的快速脱嵌，而且保持材料的结构稳定。Na₃V₂(PO₄)₂F₃还具有高的工作电压、稳定的循环性能和高的理论容量，因此，越来越多的研究者开始将目光聚焦于Na₃V₂(PO₄)₂F₃的研究上。Na₃V₂(PO₄)₂F₃与其他聚阴离子型化合物一样，都存在电子导电率低的问题。过低的电子导电率导致其电化学性能差。所以需要通过给Na₃V₂(PO₄)₂F₃包覆导电性优异的物质来提高它的电子电导率。包覆导电性优异的碳材料是解决这一问题的首选，包覆碳材料不仅可以提高电子导电性，还能有效防止颗粒的团聚，从而起到细化Na₃V₂(PO₄)₂F₃颗粒粒径的作用。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种氟磷酸钒钠/还原氧化石墨烯复合材料；在该复合材料中，氟磷酸钒钠粒径分布均匀，而且粒径尺寸极小，缩短了电子的迁移路径，还原氧化石墨烯的表面包覆也大大改善了材料的电子电导率，对材料的循环性能与倍率性能起到了显著的优化作用。

本发明的再一目的在于提供一种上述氟磷酸钒钠/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法；该方法是采用微波水热法制备，制备过程中，反应时间短，耗能低。

本发明的又一目的在于提供上述氟磷酸钒钠/还原氧化石墨烯复合材料在钠离子电池以及锌离子电池中的应用。