[發(fā)明專利]一種Na2?2xFe1+xP2O7/碳復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201610246447.6 | 申請(qǐng)日： | 2016-04-20 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN105810910B | 公開(kāi)（公告）日： | 2018-02-16 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 張治安;陳曉彬;賴延清;李劼;史曉東;張凱 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 中南大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | H01M4/36 | 分類號(hào)： | H01M4/36;H01M4/525;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/054 |
| 代理公司： | 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所43114 | 代理人： | 劉擎天 |
| 地址： | 410083 湖南*** | 國(guó)省代碼： | 湖南;43 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 na sub fe 復(fù)合材料 及其 制備 方法 應(yīng)用 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種Na2-2xFe1+xP2O7/碳復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于鈉離子電池領(lǐng)域。
背景技術(shù)
隨著網(wǎng)時(shí)代的快速發(fā)展，自上世紀(jì)90年代鋰離子電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，鋰離子電池已經(jīng)在3C產(chǎn)品及電動(dòng)車領(lǐng)域取得了快速發(fā)展，并表現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。然而，由于全球金屬鋰資源的匱乏，鋰離子電池的制造成本呈不斷上升的趨勢(shì)。同時(shí)，鋰離子電池由于安全性不佳，其在電動(dòng)汽車及大型儲(chǔ)能領(lǐng)域的發(fā)展受到了極大的限制。然而，鈉元素，與鋰處在元素周期表中處于同一主族，所以有著與鋰極其類似的性質(zhì)。并且與匱乏的鋰元素相比，鈉元素儲(chǔ)量豐富且來(lái)源更加廣泛，相對(duì)低廉的制造成本使鈉離子電池成為一種最具潛力的可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模儲(chǔ)能用的電池體系。然而，由于鈉離子的離子半徑要比鋰離子的離子半徑大，使得在動(dòng)力學(xué)上鈉離子在電極材料中嵌入與脫出比鋰離子更加困難，且鈉離子相對(duì)較正的氧化還原電位和較大的原子質(zhì)量，使得鈉離子電池正極材料的電壓偏低，能量密度不高。因此，提高鈉離子電池正極材料電壓及能量密度的成為研究的重點(diǎn)。
研究者們研究了不同體系的鈉離子電池正極材料，其中比較有代表性的是P2型和O3型層狀氧化物體系，如P2-Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2，O3-NaFe0.5Co0.5O2，但這些材料的循環(huán)壽命短，電壓平臺(tái)較低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種表面包覆碳網(wǎng)層的納米級(jí)別Na2-2xFe1+xP2O7/碳復(fù)合材料，該材料形貌可控，導(dǎo)電性能好，具有高比容量、高工作電壓、良好的循環(huán)穩(wěn)定性能以及優(yōu)異的倍率性能。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種反應(yīng)條件溫和、合成方法簡(jiǎn)單、成本低廉的 Na2-2xFe1+xP2O7/碳復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種Na2-2xFe1+xP2O7/碳復(fù)合材料的應(yīng)用，將Na2-2xFe1+xP2O7// 碳復(fù)合材料應(yīng)用作為鈉離子正極材料。
本發(fā)明的技術(shù)方案在于提供一種Na2-2xFe1+xP2O7/碳復(fù)合材料，該復(fù)合材料為表面包覆碳網(wǎng)層的Na2-2xFe1+xP2O7材料，其中x的范圍為0～1。
本發(fā)明進(jìn)一步包括以下優(yōu)選方案：
優(yōu)選的方案中，所述Na2-2xFe1+xP2O7/碳復(fù)合材料晶型為磷錳礦型。
優(yōu)選的方案中，復(fù)合材料的粒徑為10～500nm。
優(yōu)選的方案中，所述碳網(wǎng)層的厚度為5～20nm。
本發(fā)明進(jìn)一步包括Na2-2xFe1+xP2O7/碳復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將碳源溶解于去離子水或醇溶液中；將鐵源、磷源、鈉源分別溶解于去離子水中，攪拌均勻，依次按照鐵源、磷源、鈉源的順序滴入到溶解有碳源的溶液中，得到混合溶液；
(2)將所得混合溶液置于高壓反應(yīng)釜中，于100℃～300℃進(jìn)行水熱反應(yīng)，冷卻，固液分離，用無(wú)水乙醇洗滌至洗出液呈中性，干燥，所得固體產(chǎn)物即為Na2-2xFe1+xP2O7/碳復(fù)合材料的前驅(qū)體；
(3)將步驟(2)所得的前驅(qū)體在惰性氣氛保護(hù)下先在250～350℃燒結(jié)，再升溫至500～ 700℃燒結(jié)，即得Na2-2xFe1+xP2O7/碳復(fù)合材料。
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