[發(fā)明專利]一種磷酸氧釩鈉/石墨烯復合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410363701.1
• 申請日: 2014-07-29
• 公開（公告）號: CN104078676A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)明（設計）人: 劉偉良;周廣蓋;趙丹;任慢慢
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，具體為鈉離子二次電池正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池因能量密度高、比容量大、質(zhì)量輕等優(yōu)點廣泛用于便攜式電子設備如數(shù)碼相機、移動電話、筆記本電腦等。近年來，因化石能源短缺和環(huán)境污染加劇，電動汽車得到迅速發(fā)展，鋰離子電池的需求量也大大增加。然而地殼中鋰的儲量是有限的，因此需要開發(fā)新的儲能系統(tǒng)。

鈉與鋰同為第一主族元素，具有相似的化學性質(zhì)，且鈉在地球上的儲量非常豐富，很容易從海水中得到。鈉離子電池具有成本低、安全性高等特點，被認為是替代鋰離子電池作為動力電源較好選擇。有關(guān)鈉離子電池正極材料的研究相對較少，材料的可選擇余地較小，因此正極材料是制約鈉離子電池發(fā)展的關(guān)鍵。F.?Sauvage等研究了Na_1.5VOPO₄F_0.5作為鈉離子電池正極材料的電化學性質(zhì)，在3.6V和4.0V（v.s.?Na⁺/Na）有兩個平臺，具有87mAh/g的可逆容量（Solid?State?Sciences，2006，8(10)，2046－2069）。Jun?Liu等研究了Na₃V₂(PO₄)₃/C納米線作為鈉離子電池正極材料，具有101?mAh/g的可逆容量（Nanoscale，2014，6，5081－5086）。

磷酸氧釩鈉（NaVOPO₄）作為鈉離子二次電池正極材料時，鈉離子的嵌入/脫嵌依賴于V⁴⁺/V⁵⁺還原對的可逆轉(zhuǎn)化。材料的平均電壓平臺在3.6V（v.s.?Na+/Na），理論容量為145?mAh/g。由于磷酸氧釩鈉較低的電子電導率及充放電容量，因此對磷酸氧釩鈉材料進行改性研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是利用石墨烯極好的導電性能提高磷酸氧釩鈉作為鈉離子電池正極材料的性能。該方法制備過程簡單、原料成本低廉，制備出的材料相比純相的磷酸氧釩鈉材料具有較高的電導率及可逆容量，1/15C的倍率下充放電時放電容量能達到88.5mAh/g。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供以下技術(shù)方案：

一種磷酸氧釩鈉/石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）將鈉鹽、釩鹽、磷酸鹽、草酸或檸檬酸與去離子水按鈉：釩：磷酸根：草酸或檸檬酸：去離子水的摩爾比1：1：1：1~3：200~1000在50~90?℃機械攪拌2~6小時形成均一溶液，將溶液在60~150?℃充分干燥后得到凝膠；

（2）將步驟（1）所得凝膠在空氣氣氛中，以3~10?℃/分鐘速率升溫至250~300?℃預燒結(jié)3~6小時，自然冷卻至室溫，研磨均勻，然后，在空氣氣氛中，以3~10?℃/分鐘速率升溫至450~550?℃二次燒結(jié)3~5小時，自然冷卻至室溫，研磨均勻后得到磷酸氧釩鈉粉末；

（3）將步驟（2）所得磷酸氧釩鈉粉末加入到一定量的去離子水中，在超聲波作用下分散1~2小時，得到濃度為2~10?mg/ml的磷酸氧釩鈉分散液；

（4）將一定量的氧化石墨烯加入去離子水中，在超聲波作用下分散2~6小時，形成濃度為0.1~2?mg/ml的氧化石墨烯溶液，然后加入步驟（3）所得磷酸氧釩鈉分散液，機械攪拌3~6小時，冷凍干燥得到固體粉末，所述固體粉末中氧化石墨烯的含量為5~10?wt%；

（5）將步驟（4）所得固體粉末充分分散在一定量的N－甲基吡咯烷酮中形成穩(wěn)定均一的分散液，其中，固體粉末濃度為10~?50?mg/ml，然后在微波作用下反應2~3分鐘，在60~150?℃溫度下充分干燥后得到所述磷酸氧釩鈉/石墨烯復合材料。

進一步的，所述一種磷酸氧釩鈉/石墨烯鈉復合材料中石墨烯的含量為2~4?wt%

進一步的，所述步驟中鈉鹽為碳酸鈉、乙酸鈉、磷酸二氫鈉中的至少一種。

進一步的，所述步驟中釩鹽為五氧化二釩、偏釩酸銨、二氧化釩、三氧化二釩中的至少一種。

進一步的，所述步驟中磷酸鹽為磷酸、磷酸三銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫鈉中的至少一種。

本發(fā)明的特點是：制備過程簡單、流程短、生產(chǎn)成本低，環(huán)境的污染非常小；制備出的磷酸氧釩鈉/石墨烯復合材料，顆粒均勻，電子電導率高，具有良好的電化學儲鈉性能。

附圖說明

圖1為實施例1中樣品的XRD圖；

圖2為實施例1中樣品的恒電流充放電圖。

具體實施方式