[發(fā)明專利]一種自支撐NaVPO4F/C鈉離子復(fù)合正極及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710557397.8
• 申請(qǐng)日: 2017-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN107492656B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪世兵;唐俊;陳啟長;楊學(xué)林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/054;C01B25/26;C01B25/45;C01B25/37
• 代理公司: 42103 宜昌市三峽專利事務(wù)所
• 代理人: 蔣悅<國際申請(qǐng)>=<國際公布>=<進(jìn)入國

本發(fā)明提供一種中間液相方法制備碳復(fù)合氟磷酸釩鈉自支撐正極，具體步驟是稱取鈉源、釩源于小燒杯中，添加去離子水，攪拌20min至其完全溶解，將其轉(zhuǎn)移至水熱內(nèi)膽中，添加去離子水至內(nèi)膽體積的80%，在100~180℃的鼓風(fēng)烘箱中水熱12~48h。稱取磷源及有機(jī)碳源于燒杯中，加入去離子水，攪拌20min至其完全溶解，之后將自然冷卻后的中間相液體緩慢滴加到溶有磷源和有機(jī)碳源的燒杯中，攪拌20min至溶液變成橙黃色，加熱濃縮至一定體積。之后將碳基體浸泡在液相前驅(qū)體中1?4小時(shí)，并在70℃的鼓風(fēng)烘箱中于24h烘干。將浸泡后的碳基體在氮?dú)鈿夥障?50℃預(yù)燒2~6h，在650~850℃下煅燒6~12h，自然冷卻后得到自支撐NaVPO₄F/C電極，以其作為鈉離子電池正極顯示出較好的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一類高性能自支撐鈉離子電池正極，特別涉及一種NaVPO₄F/C復(fù)合材料電極制備方法，屬于電化學(xué)電源領(lǐng)域。

技術(shù)背景

目前，鋰離子電池由于優(yōu)異的性能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類便攜電子設(shè)備中，包括：筆記本電腦、智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等。同時(shí)，以鋰離子電池作為電動(dòng)交通工具電源的研究也在如火如荼的進(jìn)行，部分企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)營，如美國的特斯拉，以及我國的比亞迪?？梢灶A(yù)見，隨著鋰離子電池在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，以及未來在智能電網(wǎng)及大規(guī)模儲(chǔ)能電站中的應(yīng)用，其需求將會(huì)劇增。這對(duì)本身并不充裕的鋰資源而言，是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，研發(fā)鋰離子電池替代物—鈉離子電池，將成為一個(gè)必然選擇。

高性能鈉離子電池的研發(fā)已成為國內(nèi)外電池企業(yè)及研究院所的重要課題，其關(guān)鍵在于高性能鈉離子電極的研究與應(yīng)用。對(duì)于正極材料而言，高的充/放電平臺(tái)以及高容量無疑是追求的主要方向，這有利于提升電池的能量密度與功率密度。在各類正極材料中，NaVPO₄F具有較高的充、放電平臺(tái)和可逆容量，體現(xiàn)了較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。然而，目前關(guān)于NaVPO₄F電極的制備方法通常為：將NaVPO₄F與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合，并涂覆在金屬集流體上。導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的引入將增加電極重量，降低電池的能量密度。同時(shí)，NaVPO₄F與導(dǎo)電劑之間的接觸均勻性將嚴(yán)重影響電極整體導(dǎo)電性，這不利于電池倍率性能提升。

發(fā)明內(nèi)容

基于以上背景，本專利發(fā)明一種自支撐NaVPO₄F/C鈉離子電池正極制備方法。電極由NaVPO₄F與C在微觀尺度均勻復(fù)合的顆粒原位生長在導(dǎo)電碳基體上，無須添加導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，且具有高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。所制備的自支撐NaVPO₄F/C電極作為鈉離子電池正極顯示出優(yōu)異的電化學(xué)性能。

本發(fā)明涉及一種鈉離子電池正極的制備方法，電極為NaVPO₄F/C原位生長在碳基體上的復(fù)合結(jié)構(gòu)?；钚晕镔|(zhì)為NaVPO₄F/C復(fù)合材料，由平均尺寸約200nm的顆粒構(gòu)成。具體制備方法步驟如下：將一定量的氟化鈉、釩源、六次甲基四胺溶于去離子水中，攪拌30min至其充分溶解；將得到的混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱內(nèi)膽中，添加去離子水至內(nèi)膽體積的80%，之后在100~180℃的鼓風(fēng)烘箱中水熱12~48h，自然冷卻得到中間相液體。稱取一定量的碳源和磷源溶于去離子水中，攪拌20min至其充分溶解，之后緩慢滴加冷卻后的中間相液體，滴加完畢后攪拌30min至顏色呈橙黃色。之后將液體于60℃的鼓風(fēng)烘箱中烘至不同體積濃度；將碳基體浸泡在濃縮后所得液體中1-4小時(shí)，并在70℃的鼓風(fēng)烘箱中于24h烘干。將烘干后的碳基體在氮?dú)鈿夥障?50℃預(yù)燒2~6h，在650~850℃下煅燒6~12h，自然冷卻后得到自支撐NaVPO4F/C電極。

所述的鈉、釩、磷與六次甲基四胺的摩爾比為1：1：1：1~5。所述的碳源占總質(zhì)量的0~10%。所述的鈉源為氟化鈉，釩源為五氧化二釩或偏礬酸銨，磷源為磷酸二氫銨、磷酸氫二銨或磷酸銨，碳源為檸檬酸、葡萄糖、蔗糖或抗壞血酸。