[发明专利]钒位铬掺杂复合石墨烯的磷酸钒钠电极材料的制备方法及该电极材料

权利要求书

1.一种钒位铬掺杂复合石墨烯的磷酸钒钠电极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）利用水热法制备磷酸钒钠：以钠源、磷源、偏钒酸铵、抗坏血酸为原料，以水为溶剂，利用水热法制备磷酸钒钠：

（1-1）配制磷钠混合溶液:以钠源和磷源为原料、以水为溶剂，制备磷钠混合溶液；

（1-2）配制钒盐溶液：将偏钒酸铵和抗坏血酸溶于水中，得到钒盐溶液；

（1-3）合成磷酸钒钠：用pH调节剂来调节作为底液的所述磷钠混合溶液的pH 为7.5-9.5，将所述钒盐溶液滴加到该底液中，得到磷酸钒钠浆液，并进行固液分离，得到磷酸钒钠滤饼，将该滤饼洗涤后干燥，得到磷酸钒钠；

（2）利用溶胶凝胶法制备铬掺杂复合石墨烯磷酸钒钠 Na₃V_2-xCr_x(PO₄)₃/石墨烯干凝胶：

（2-1）制备料浆：以所述磷酸钒钠、氧化石墨烯、水合肼为原料，以乙醇或乙二醇溶液为溶剂，制成料浆；

（2-2）以含铬柠檬酸溶液为底液，将所述料浆加入到所述底液中，制备铬掺杂复合石墨烯磷酸钒钠 Na₃V_2-xCr_x(PO₄)₃/石墨烯干凝胶，其中，所述含铬柠檬酸溶液通过将铬源、柠檬酸加入到水中而制得；

在步骤（2）中，磷酸钒钠、氧化石墨烯、柠檬酸的加入质量比为 1：（0.03-0.07）：（0.06-0.1）；水合肼的加入质量为氧化石墨烯质量的（65-85）%；控制铬源的加入量，使得Na₃V_2-xCr_x(PO₄)₃/石墨烯中的x=0.02-0.14；

（3）将所述干凝胶烧结，得到铬掺杂复合石墨烯磷酸钒钠 Na₃V_2-xCr_x(PO4)₃/石墨烯电极材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述磷源为磷酸、磷酸二氢铵和磷酸氢二铵中的一种或多种，所述钠源为氢氧化钠；钠离子浓度为 0.2-1.0mol/L，磷酸根与钠离子的摩尔比为（1-1.1）:1。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（1-2）中，在所述钒盐溶液中，偏钒酸根的浓度为 0.2-1mol/L，抗坏血酸的加入质量为钒盐溶液质量的 1-2%；

在步骤（1-3）中，在所述磷酸钒钠混合液中，偏钒酸根与钠离子的摩尔比为 （0.67-0.74）:1；滴加时间为 40-50min，在滴加结束后固液分离前，继续搅拌 30-50min，然后升温至 170-200℃，保温 10-12h，冷却到20-35℃后，超声 40-60min，超声强度为 1.5-3.5w/cm²；

在步骤（1-3）中，所述洗涤的方法为：用水将所述磷酸钒钠滤饼洗涤至洗水电导≤200us/cm，所述干燥的方法为：在100-120℃条件下真空干燥 10-12h。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（2-1）中，在所述乙醇或乙二醇溶液中，乙醇或乙二醇的质量浓度为20-30%；在所述料浆中，液固重量比为（1-4）：1；在制备料浆的过程中，在20-30℃下搅拌 1-3h，搅拌强度为 200-500rpm，制成料浆；

在步骤（2-2）中，在制备所述含铬柠檬酸溶液中，水的用量为所述料浆体积的 30-80%；将所述料浆加入到所述底液中的滴加时间为 30-50min，滴加结束升温至 80-90℃，搅拌条件下形成溶胶，然后将溶胶在 75-95℃下、真空干燥 2-4h，得到干凝胶；

在步骤（3）中，将所述干凝胶在惰性气体保护下，在750-800℃下保温 6-8h，冷却后,得到铬掺杂复合石墨烯磷酸钒钠 Na₃V_2-xCr_x(PO4)₃/石墨烯电极材料。