[發明專利]一種鈉離子電池復合正材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201410157246.X
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103915626A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 張俊喜;徐碩炯;張世明;談天;易博;陳啟萌;劉瑤;戴念維
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;馬文峰

技術領域

本發明涉及了一種鈉離子電池復合正材料及其制備方法，特別涉及一種原位自組裝形成的FePO₄@多壁碳納米管復合材料及其制備方法。

背景技術

近幾年，人們對于環保以及開發可再生能源的逐漸重視，世界各國的研究者們都嘗試將鋰離子電池作為中大型儲能單元應用于電動汽車，智能電網，以及太陽能和風能的儲能系統上。鋰離子電池以其高能量密度，良好的倍率和循環性能，已廣泛應用在手機，平板電腦，數碼產品上。雖然鋰離子電池有諸多的優勢，但是鋰資源并不豐富，全球許多鋰礦儲存在偏遠或者政治敏感地區，在中型汽車電池上逐步增加的鋰用量會最終推升鋰化合物的價格，使得制造大型存儲設備將會異常昂貴。所以，采用資源豐富和價格便宜的原材料組成大型充放電電池成為必然趨勢。由于鈉與鋰化學性質相近，并且來源豐富，成本低廉，環境友好，鈉離子電池被認為是在大型儲能裝置上替代鋰離子電池的合適選擇。已有許多關于鈉離子正極材料的研究工作被相繼報道，如Na_xCoO₂，?Na_0.44MnO₂，Na_0.6MnO₂，NaCrO₂，Na_xVO₂，Na₃V₂(PO₄)₃，Na₃V₂(PO₄)₂F₃，Na₃V₂O₂(PO₄)₂F，Na₂FePO₄F，NaFeF₃等。類似于LiFePO₄結構的橄欖石型的NaFePO₄也被作為鈉離子電池正極材料作為研究，但是該材料在鈉離子電池中的電化學性能不理想，循環性能很差。

作為LiFePO₄材料所得到的脫鋰產物，正交結構FePO₄也被視為正極材料，但其不能直接通過化學路徑合成。研究者們對其他結構的FePO₄進行了探索，以獲取能夠直接合成以及電化學活性的材料。結果表明，無定形結構的FePO₄材料具有很高的電化學活性，高于三角晶結構的FePO₄材料。無定形結構的FePO₄材料由于具有概念上無缺陷的相，這有利于該材料中鋰離子的傳輸和電子的導電。FePO₄作為電極材料具有許多優勢，首先，鐵三價化合物作為原材料來源豐富，成本低，易獲取；其次，FePO₄的化學合成過程簡單，環境友好以及不需要惰性氣體保護；最后，FePO₄具有高達178?mAh/g的理論比容量。然而，FePO₄和LiFePO₄一樣，也存在電子導電性差和離子擴散系數低等缺點，研究人員用了很多方法來提高FePO₄材料的電子導電性和離子擴散系數。例如，合成納米尺寸顆粒，離子摻雜，制備微孔結構，加載導電材料，以此來增強FePO₄材料在鋰離子電池中的電化學性能。碳包覆也是一種實用的時段，其不僅可以增強電極材料的電子導電性，也可以在充放電循環中減小材料表面與電解液的副反應來以此增強循環穩定性。然而，在熱處理過程中，由于Fe³⁺容易還原成為Fe²⁺，所以不能用傳統的碳熱還原法來對FePO₄進行碳包覆。作為高性能碳材料，CNTs廣泛用于鋰離子電池的研究。并在電極材料中扮演不同角色，如作為合成犧牲模板，導電添加劑，導電載體。