[發(fā)明專利]一種焦磷酸鈷鈉/碳/石墨烯正極復合材料、制備和應用

有效

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• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107017394B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發(fā)明（設計）人: 張治安;賴延清;尚國志;陳曉彬;肖志偉;李煌旭;張凱;李劼
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 魏娟

本發(fā)明公開了一種焦磷酸鈷鈉/碳/石墨烯正極復合材料及其制備方法：將鈷源、鈉源，磷源，按照計量比分別溶解于去離子水中，加入酸性金屬絡合劑調節(jié)pH，攪拌均勻后加入一定量制備好的石墨烯溶液于上述溶液中。混合均勻后在水浴鍋中加熱至形成凝膠，之后在真空烘箱下蒸干水分得到前驅體，將其磨碎后在保護性氣體下進行燒結，得到一種鈉離子電池正極復合材料Na₂CoP₂O₇@C點綴在石墨烯上。本發(fā)明制備方法簡單，條件溫和。所制備的鈉離子電池正極材料粒度均勻，形貌良好，該材料用于鈉離子電池，具有高比容量、高電壓，并且展示了良好的循環(huán)穩(wěn)定性能。

技術領域

本發(fā)明屬于鈉離子電池領域，具體涉及一種鈉離子電池正極復合材料及其制備方法。

背景技術

目前，化石燃料仍然是主要的供電資源。然而隨著人類不合理的開采和利用，化石能源日趨緊張，環(huán)境污染日益嚴重。因此，開發(fā)利用新的清潔資源以及可再生能源，如太陽能、風能、潮汐能等成為了當務之急。但另一方面，電網的正常運行需要穩(wěn)定連續(xù)的發(fā)電，太陽能、風能、潮汐能等受到天氣、地點以及時間等因素的制約，極大的限制了其大規(guī)模的應用和普及。為了解決該問題，大規(guī)模儲電技術成為了一個重要的研究領域。其中，二次電池由于具有較高的能量密度和轉化效率，成為了大規(guī)模儲電的優(yōu)先選擇，而循環(huán)壽命長且具有高能量密度的鋰離子電池被認為是極具有發(fā)展前景的二次電池。自20世紀90年代鋰離子電池成功問世以來，其在電動汽車、便攜電子設備等方面得到了相當規(guī)模的應用，但隨著鋰離子電池的不斷進步與發(fā)展，一系列的隱患也逐漸暴露在了人們的視野當中。鋰有限的資源以及不斷攀升的原料價格勢必會嚴重限制鋰離子電池的大規(guī)模發(fā)展及應用。因此開發(fā)一種價格低廉、可持續(xù)發(fā)展的電池體系迫在眉睫。

鈉和鋰位于同一主族，具有相似的物理和化學性質，且鈉資源儲量豐富，可以不斷的從海水中提取。雖然相比于鋰而言，鈉離子半徑較大、標準電化學電位較低，導致鈉離子電池的能量密度和功率密度相對較低，但未來隨著市場需求的增加以及電池尺寸大小的優(yōu)化，成本低廉、安全性高的鈉離子電池具有相當廣闊的前景，勢必會成為后鋰時代最重要的發(fā)展方向之一。

正極材料是鈉離子電池發(fā)展的關鍵，但存在電壓平臺低、比容量不高以及壽命欠佳等問題，開發(fā)高電壓、高比容量和良好穩(wěn)定性的正極材料尤為關鍵。聚陰離子型Na₂CoP₂O₇具有穩(wěn)定的三維結構、循環(huán)壽命優(yōu)良、且具備較高的放電平臺等優(yōu)勢，但材料制備困難、雜相多、導電性差且形貌難以控制。

發(fā)明內容

本發(fā)明第一目的在于提供焦磷酸鈷鈉/碳/石墨烯正極復合材料(本發(fā)明也標記為Na₂CoP₂O₇/C/RGO，或者為Na₂CoP₂O₇@C@RGO)。

本發(fā)明第二目的在于提供一種焦磷酸鈷鈉/碳/石墨烯正極復合材料的制備方法，旨在提供一種工藝簡單、重復性好、成本低廉、環(huán)境友好的制備方法。

本發(fā)明第三目的在于提供所述的正極復合材料的在鈉離子電池領域的應用，旨在通過所述的正極材料，提升鈉離子電池的電化學性能。

一種焦磷酸鈷鈉/碳/石墨烯正極復合材料，以石墨烯為基底，在石墨烯的三維網絡中復合有焦磷酸鈷鈉@碳的復合材料。

本發(fā)明提供的正極復合材料，在石墨烯構成的三維導電網絡中點綴正極材料，所述的正極材料為焦磷酸鈷鈉(化學式為Na₂CoP₂O₇)與碳的復合材料(Na₂CoP₂O₇@C復合材料)。所述的焦磷酸鈷鈉@碳的復合材料中，碳材料包覆在焦磷酸鈷鈉表面。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，所述的結構和組成的正極復合材料，具有優(yōu)異的電學性能。