[發(fā)明專利]鋰離子電池正極材料Na3V2(PO4)3的高溫固相合成方法

無效

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• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103474662A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王文俊;徐甲強;趙宏濱;錢娜娜
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及利用高溫固相法合成Na₃V₂(PO₄)₃鋰離子電池正極材料，并進行了相關(guān)的電化學(xué)性能測試；結(jié)果表明，該材料是一種具有一定研究和應(yīng)用前景的電池正極材料。屬于當前熱點的新能源材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為最新一代的環(huán)保蓄電裝置，出現(xiàn)于20世紀90年代初，一經(jīng)出現(xiàn)，便迅速引起了人們的關(guān)注，并且發(fā)展迅猛。鋰電池具有很多突出優(yōu)點，比如工作電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好等，在移動電話、筆記本電腦等電子設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，在很大程度上影響著電池的性能，在某種意義上說，它直接決定著電池成本的高低。

目前，高性能鋰離子電池及其電極材料的研究是電化學(xué)、材料化學(xué)、物理學(xué)等領(lǐng)域研究的熱點之一。同時，隨著鋰電池的大量應(yīng)用，鋰資源的消耗也迅速增加，對應(yīng)的會引起成本上升。而同為第I主族的鈉離子和鋰離子的性質(zhì)有許多相似之處,鈉離子完全有可能和鋰離子一樣構(gòu)造一種廣泛使用的二次電池。與鋰離子電池相比，鈉離子電池具有明顯的優(yōu)勢，如原材料成本比鋰離子電池低，半電池電位比鋰離子電池高，因而安全性能明顯優(yōu)于鋰離子電池。最近，國外關(guān)于鈉離子電池負極材料的研究取得了良好進展，研究高性能的鈉離子電池正極材料成為該類電池發(fā)展的一個關(guān)鍵。C.?Delmas等在20世紀80年代初就研究了層狀Na_xCoO₂正極材料，由于其在充電和放電之間的極化電壓特別大，致使其能量轉(zhuǎn)換效率不高，限制了實際使用范圍。M.?M.?Doeff等首先對具有正交結(jié)構(gòu)、空間群為Pbam的Na_0.44MnO₂作為鈉離子電池正極材料進行了研究。雖然Na_0.44MnO₂的循環(huán)性能非常好，但是該材料的實際比容量偏低，工作電壓也不高，限制了其在非水溶液鈉離子電池中的應(yīng)用。NaFePO₄F、Na₃V₂(PO₄)₂F₃、NaVPO₄F和Na_1.5VOPO₄F_0.5等氟化磷酸鹽作為鈉離子電池正極材料和混合電池的正極材料也得到廣泛研究，但這類氟化磷酸鹽的制備過程復(fù)雜并且會產(chǎn)生含氟氣體污染環(huán)境。NASICON類材料具有三維開放離子輸運通道，是一類快離子導(dǎo)體材料。中科院物理所胡勇勝等首次報道了碳包覆的具有NASICON結(jié)構(gòu)的Na₃V₂(PO4)₃/C復(fù)合材料，其充放電平臺在3.4V左右。由于其具有較高的比容量、相對較低的成本優(yōu)勢，日益成為研究熱點之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于，用固相法合成一種新型鋰離子電池正極材料Na₃V₂(PO₄)₃，該方法制備的Na₃V₂(PO₄)₃電化學(xué)性能高，且制備工藝簡單，成本低廉，具有較好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明一種鋰離子電池正極材料Na₃V₂(PO₄)₃的高溫固相合成方法，其特征在于，包括有下列具體步驟：

A.?按化學(xué)計量比稱取草酸鈉、五氧化二釩、磷酸二氫銨、乙炔黑，即主要原料的摩爾比為：草酸鈉:五氧化二釩:磷酸二氫銨:乙炔黑=1.5:1:3:1.1，在研缽中充分研磨1~4小時；

B.?將上述充分研磨后的混合物粉末，在氮氣氣氛下，600~900℃下，煅燒15~20?h，自然冷卻到室溫，即得目標產(chǎn)物。

?

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1.?采用固相法，一步即可得到所要的電極材料。

2.?用金屬鈉代替金屬鋰，降低了成本，同時電化學(xué)性能也比較良好。

附圖說明

圖1為由實施例1制備的Na₃V₂(PO₄)₃的XRD圖。

圖2為由實施例1制備的Na₃V₂(PO₄)₃的SEM圖。