[发明专利]氟磷酸盐基聚阴离子型化合物的制备方法及在钠离子电池中的应用

说明书

本发明公开一种氟磷酸盐基聚阴离子型化合物的制备方法及在钠离子电池中的应用，所述氟磷酸盐基聚阴离子型化合物的制备方法包括：将含有M源、钒源、磷源、氟源和铵源的原料混合，在非活性气氛中加热，获得熔融物；步将所述熔融物与钠源混合，于惰性气氛下，进行阳离子交换反应，得到所述的氟磷酸盐基聚阴离子型化合物。本发明可有效避免制备过程中其他副反应的发生，极大缩短了聚阴离子化合物的制备时间，从而实现该类材料的高纯度及高效制备，且制备出的电极材料具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及钠离子电池电极材料，属于钠离子电池领域，特别涉及氟磷酸盐基聚阴离子型化合物的制备方法及应用。

背景技术

随着新能源汽车的普及，锂离子电池的需求不断增长，而目前全球的锂资源储量有限且分布不均造成了锂离子电池的原材料成本逐年上涨，进而导致锂离子电池价格居高不下。基于此，开发锂离子电池的替代品尤为重要，而钠离子电池与锂离子电池具有相似的工作原理，且钠离子电池因资源丰富，成本低廉，安全系数高等较锂离子电池更具资源优势和价格优势，因此具备在储能领域大规模利用的潜力。钠离子电池主要由正极，负极和电解液组合，正负极材料的化学性质据决定了钠离子电池的性能。目前钠离子电池用负极材料主要是硬碳，可以通过商业化途径购买，因此正极材料的性质对于钠离子电池性能的高低起到举足轻重的作用。基于此，为提升钠离子电池比能量、比功率、循环寿命，开发出性能优异的正极材料尤为重要。

目前已报导的钠离子电池正极材料主要包括3类：层状氧化物类、普鲁士蓝类和钒基聚阴离子型化合物类。相比于前两种体系，钒基聚阴离子型化合物如氟磷酸钒钠等因结构稳定、钠扩散快、安全性高等优势成为高比能、高比功率、高稳定性钠离子电池的优选正极材料，然而氟磷酸钒钠中钒源价格高且具有一定的毒性，限制了其大规模应用。基于此问题，在不改变材料结构骨架的前提下，研究者尝试用资源丰富的其他金属的变价反应来替换氟磷酸钒钠材料中的钒的变价反应，在降低材料制备成本的同时增加材料的环境友好性，其化学式可以如下表示：Na_3+xV_2-xM_x(PO₄)₂F₃(M＝Mn、Fe)、Na₃V_2-xM_x(PO₄)₂F₃(M＝Cr、Ti)或Na₂FePO₄F，代表材料如：氟磷酸钒锰钠，氟磷酸钒铁钠，氟磷酸钒钛钠，氟磷酸钒铬钠，氟磷酸锰钠，氟磷酸铬钠，氟磷酸铁钠等。然而不同金属元素及其对应的化合物的化学活泼性不同，采用现有的溶胶凝胶法，固相煅烧法常导致材料反应不彻底等，无法得到高纯度的产物。

发明内容

不同金属元素及其对应的化合物的化学活泼性不同，采用现有的溶胶凝胶法，固相煅烧法常导致Na_3+xV_2-xM_x(PO₄)₂F₃(M＝Mn、Fe)、Na₃V_2-xM_x(PO₄)₂F₃(M＝Cr、Ti)或Na₂FePO₄F，材料反应不彻底等，无法得到高纯度的产物。