[發明專利]一種碳包覆鈉離子電池正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710573100.7
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107248574A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 蘇州思創源博電子科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/054
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技術領域

本發明涉及電池材料領域，具體涉及一種碳包覆鈉離子電池正極材料的制備方法。

背景技術

隨著社會的快速發展，能源與環境的問題日益突出，尋找新的清潔能源來代替石油資源變得更為迫切。動力電池作為一種新型清潔能源受到了世界各國的重視。動力電池是電動車、電動工具等可移動用電器具的核心部件，以動力電池為主要或輔助動力源的純電動汽車(EV)或混合動力電動汽車(HEV)是汽車業的主要發展方向之一。

電池的制造成本與能耗是否對環境造成污染以及資源的回收利用率也將成為評價電池材料的重要指標。電池發展有以下顯著特點:綠色環保電池發展迅猛;一次電池向二次電池轉化,這有利于節約地球有限的資源,符合可持續發展的戰略;電池進一步向小、輕、薄方向發展。鈉是地球上儲量較豐富的元素之一，與鋰的化學性能類似，因此也可能適用于鋰離子電池體系。鈉離子電池相比鋰離子電池有諸多優勢，如成本低，安全性好，隨著研究的深入，鈉離子電池將越來越具有成本效益，并有望在未來取代鋰離子電池而被廣泛應用。而且在在鈉離子電池中，Al和Na沒有合金，所以負極集流體可以選擇用Al箔，能夠進一步降低價格。

但是由于鈉離子半徑比鋰離子半徑大，其能量密度和功率密度比鋰離子電池要低。然而在規模儲能應用中對電池能量密度的要求并不是太高，其成本和壽命則是關心的重點。從這個角度去看，鈉離子電池在大規模儲能應用領域擁有比鋰離子電池更大的市場競爭優勢。目前，大規模儲能技術作為可再生能源利用和智能電網的關鍵瓶頸技術仍處于發展初期，而成本是影響儲能產業經濟性的一項重要因素。與其它儲能技術相比，室溫鈉離子電池在資源儲量、成本、能量轉換效率、循環壽命、安全穩定性、維護費用等諸多方面存在一定優勢。因此，大力發展大規模儲能應用的室溫鈉離子電池技術具有十分重要的戰略意義。

鈉離子電池正極材料導電性較差，并且鈉離子半徑較鋰離子半徑大，鈉脫嵌比鋰脫嵌難，導致材料實際放出比容量較低，倍率性能較差。針對此問題，研究者們主要采用碳包覆和減小顆粒尺寸提高電導率。

發明內容

本發明提供一種碳包覆鈉離子電池正極材料的制備方法，所述方法在正極材料中摻雜稀土金屬，形成的稀土金屬元素-O的帶隙較V-O小，使得電子由價帶被激發到導帶更容易，有利于促進電子傳導；本發明使用三維結構的分層等級孔碳材料進行包覆，以介孔結構來提高活性成分容量，而且三維結構能有效提高電解液的擴散滲透，提高電子離子傳輸效率，有效改善了正極材料的循環和倍率性能。

為了實現上述目的，本發明提供一種碳包覆鈉離子電池正極材料的制備方法，該方法包括如下步驟：

（1）制備得到稀土金屬摻雜的正極材料

所述稀土金屬摻雜的正極材料組成為Na₃V_2-xHo_x(PO₄)₃，其中x=0.01-0.03；

按摩爾比為3:(2-x):x:3稱量氯化鈉、五氧化二釩、硝酸鈥和磷酸鉀；

將上述五氧化二釩、硝酸鈥和葡萄糖加入去離子水中溶解，在60-80度溫度下加熱攪拌成均勻混合溶液；

將所述氯化鈉和磷酸鉀加入到上述混合溶液中，在真空溫度為70-90℃下旋蒸3-4h；

在100-150℃下真空干燥5-20h，形成電極材料前驅體，在氮氣氣氛下，經400-600℃條件下預燒結3-5h、700-800℃高溫燒結10-15h，冷卻后即得稀土金屬摻雜的正極材料Na₃V_2-xM_x(PO₄)₃；

（2）制備三維花狀碳材料

將氫氧化鉀和乙酸鋅溶于水中進行水熱反應得到花狀氧化鋅，氫氧化鉀和乙酸鋅的質量比為3:(2-4)；

將花狀氧化鋅、介孔造孔劑混合于水中然后加入三羥甲基氨基甲烷和多巴胺鹽酸鹽進行混合包覆反應，隨后將產物抽濾干燥，在花狀氧化鋅表面構筑一層介孔結構得固體產物一，所述花狀氧化鋅、介孔造孔劑、三羥甲基氨基甲烷和多巴胺鹽酸鹽的質量比為10:(3-5):(2-3):(2-4)；