[发明专利]一种金属掺杂聚阴离子化合物正极电极材料及其制备方法

说明书

一种金属掺杂聚阴离子化合物正极电极材料及其制备方法，属于钠电池正极电极材料技术领域，解决钠电池正极电极材料简便制备方法的技术问题。包括以下步骤：按摩尔比称取原料进行固相混合，向固相混合物中加入去离子水和乙二醇的混合溶液，然后充分搅拌制得浅黄色溶液；将浅黄色溶液放入聚四氟乙烯内衬反应釜中密封后升温进行反应；然后冷却至室温，将反应物洗净并干燥后制得Fe掺杂前驱体；最后，将前驱体充分研磨后进行退火处理，制得Fe元素掺杂聚阴离子化合物正极电极材料，该材料为微米尺度立方体晶体，并且在基体的粗糙表面上自发生长出纳米尺度小颗粒。本发明通过一步水热法制得的，合成方法简单，易于操作，原料廉价易得，环境友好。

技术领域

本发明属于钠电池正极电极材料技术领域，具体涉及一种金属掺杂聚阴离子化合物正极电极材料及其制备方法。

背景技术

钠电池技术兼具高功率密度、高能量密度、低成本以及高安全性等优势，成为一类重要的大规模储能技术。钠离子电池与锂离子电池最大的区别在于正极材料，正极材料不仅是提高钠离子电池性能的战场，也是限制钠离子电池成本的一大瓶颈。目前关于应用于钠离子电池正极材料的包括层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类化合物，第一类为具有双电层电容性质的碳材料，但其实际电容量较低而发展受阻，层状过渡金属氧化物在充放电过程存在相变，循环稳定性差；普鲁士蓝类化合物中的结晶水难以除去，其循环和热稳定性不乐观；而聚阴离子化合物种类丰富、结构多样、工作电压可调，框架结构稳定，具有良好的热稳定性、安全性和循环稳定性，近些年来成为研究的热点。

钠离子电池正极材料的比容量(80~150 mAh·g^-1)仍远远低于负极材料(碳材料：~250 mAh·g^-1；合金材料：400-600 mAh·g^-1)，因此发展高性能的嵌钠正极材料是提高钠离子电池比能量和推进其应用的关键。其中氟磷酸钒钠系列化合物Na₃(VO_1-xPO₄)₂F_1+2x(0≤x≤1，NVPF)的理论能量密度高达480 Wh·kg^-1，成为研究的关注热点。英国《材料化学》（Journal of Materials Chemistry, 2012, 22, 20535.）首次提出Na₃V₂(PO₄)₂F₃正极材料的储钠机制，可展示出108 mAh·g^-1的初始比容量，远远低于其理论比容量。德国《高级材料》（Advanced Materials, 20017, 29(33), 1701968.）以O部分替代F得到Na₃V₂(PO₄)₂O₂F正极材料，储钠比容量提升到127.8mAh·g^-1。

虽然近些年来很多研究者们所制备的正极材料都表现出了优异的比容量，但该材料低的电子电导率阻碍了电化学性能的发挥，同时高昂的合成和复杂的制备工艺也阻碍了上述材料的产业化应用。所以简单、易制备的合成方法在制备性能优异的钠离子正极材料方面极具挑战性。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术部分所述的不足，提出一种金属掺杂聚阴离子化合物正极材料及其制备方法，解决如何用简单的方法制备具有高比容量并达到商业化高能量密度的金属掺杂聚阴离子化合物正极电极材料，进而提供这种电极材料的制备方法。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种金属掺杂聚阴离子化合物正极电极材料的制备方法，通过一步水热法制得，具体包括以下步骤：