[發明專利]一種鈉離子二次電池負極材料、制備方法及鈉離子電池

無效

• 申請號: 201410765627.6
• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN104505510A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 杜菲;王東雪;別曉非;魏英進;陳崗
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/1397
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所22210
• 代理人: 李外

技術領域

本發明屬于鈉離子二次電池材料技術領域，具體涉及一種鈉離子二次電池負極材料、制備方法及鈉離子電池。

背景技術

面對日益嚴峻的環境污染和能源緊缺的問題，人們在探究新型綠色替代能源的同時推動了能量存儲與轉換裝置的發展，鋰離子電池憑借其較高的工作電壓和能量密度、良好的循環性能、無記憶效應、無自放電及綠色環保等突出優點成為已經成為廣大科研工作者的研究熱點，并且開始廣泛的應用于手機、筆記本電腦、電動車等小型電氣化設備中。但鋰元素在地球的存儲量僅為17～20μg/g左右，而截至2009年底，世界上約四分之一的鋰資源被用于電池工藝，以碳酸鋰為例，其成本價已達到每噸5000美元。而鋰離子電池在小型電氣化設備的成功應用更讓人們試圖將鋰離子電池體系的應用擴充到大型儲能系統上面，這勢必會劇增工業生產對含鋰化合物的需求量，而鋰的存儲量遠遠不足滿足全球的大型能量存儲裝置，大規模研發低消費、高性能的鋰離子電池工藝勢必受到阻礙，鈉以其豐富的存儲量、廉價的開發成本、良好的性能成為鋰離子電池替代電池體系的絕佳選擇。

隨著人們對大規模能量存儲裝置的需求量日益增加，鈉離子二次電池電極材料的研發成為近年來的研究熱點之一。鈉離子二次電池的與鋰離子電池有著極其相似的工作原理，均以電化學活性物質作為工作電極。探究合適的電極材料也成為人們在鈉離子電池體系尋求新突破而急需攻克的難題，通常探究的鈉離子電池是采用鈉片和活性物質分別作為正負極材料組裝而成，含鈉化合物諸如Na_xCoO₂、NaFeF₃、NaTi₂(PO₄)₃、Na₄Mn₉O₁₈、Na_1.5VOPO₄F_0.5、NaCrO₂、Na₂Ti₃O₇、Na_xVO₂、Na₂FePO₄F、NaMPO₄等已作為正極材料被進行電化學測試。但相對于鈉離子電池負極材料的探討與研究卻一直止步不前，探究一種具有優秀的長循環的負極材料對于鈉離子電池體系的發展至關重要。2012年Zelang?Jian等人通過固相法合成碳包覆的Na₃V₂(PO₄)₃在2.7-3.8V下作為鈉離子電池正極材料進行測試，其首次充放電容量達到98.6/93mAh/g，十次循環后容量能保持在99％，循環性能優良，Na₃V₂(PO₄)₃擁有1.6V和3.38V這兩個放電平臺，其理論容量在118mAh/g～236mAh/g的范圍內，目前還沒有將Na₃V₂(PO₄)₃作為負極材料應用與鈉離子電池的報道。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的鈉離子電池的負極材料循環性能差的問題，而提供一種鈉離子二次電池負極材料、制備方法及鈉離子電池。

本發明首先提供一種鈉離子二次電池負極材料，該材料的分子式為Na₃V₂(PO₄)₃，具有空間群，具有鈉快離子導電(NASICON)結構，晶胞參數兩個VO₆和三個磷酸基在Z軸方向上相連構成基本支架，鈉離子位于支架間隙的6b和18b位置。

本發明還提供一種鈉離子電池負極材料的制備方法，包括：

步驟一：將碳酸鈉、磷酸氫銨和偏釩酸銨溶于檸檬酸溶液中，在堿液中進行攪拌反應，得到混合物凝膠；

步驟二：將步驟一得到的混合物凝膠研磨成粉，得到混合物粉末，將混合物粉末預燒結，得到混合物前軀體；

步驟三：將步驟二得到的混合物前軀體壓制成片，進行燒結，得到鈉離子電池負極材料。

優選的是，所述的碳酸鈉、磷酸氫銨和偏釩酸銨的摩爾比為3:6:4。

優選的是，所述的步驟二的預燒結的溫度為350℃～400℃，時間為5～7小時。

優選的是，所述的混合物前軀體是在18-22MPa下壓制成片。