[發明專利]一種鈉離子電池用層狀多面體結構羥基磷酸銅電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710910551.5
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107651658B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 曹麗云;黨歡;黃劍鋒;徐培光;李嘉胤;程婭伊;齊慧;席喬
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/054;C01B25/37
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 劉華

一種鈉離子電池用層狀多面體結構羥基磷酸銅電極材料的制備方法，包括：配制0.5~2mg/mL的硫酸銅水溶液；將可溶性磷酸鹽溶解于足量的去離子水中，按硫酸銅與可溶性磷酸鹽質量比4:1~4，攪拌狀態下逐漸加入硫酸銅溶液，混合均勻；將前述產物置于帶有聚四氟乙烯內襯的密閉高壓反應器中，150~180℃下反應3~5h；冷卻降溫，洗滌產物，分離、收集，干燥產物；將前述產物均勻鋪在反應容器內，惰性氣氛保護下，于300℃保溫0.5~1h，再于400℃保溫2h，降溫，收集樣品，得到純相的羥基磷酸銅。本發明以水熱與固相法相結合的方法，通過在低溫管式爐中進行固相反應時分段保溫的方法，得到了層狀多面體結構的羥基磷酸銅。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池正極材料制備技術領域，具體涉及一種鈉離子電池用層狀多面體結構羥基磷酸銅電極材料的制備方法。

背景技術

近年來，自身結構多樣性的金屬磷酸鹽被廣泛應用于生物組織成分、催化劑載體和分子篩等。其中，含有羥基的磷酸銅在自然界被稱為磷銅礦，屬于正交體系。羥基磷酸銅，化學式為Cu₂(OH)PO₄，其晶體結構中的銅原子有兩種不同的配位環境，正是由于其中的銅離子以及羥基在結構中的特殊作用，使得Cu₂(OH)PO₄具有許多不同的理化性質。本發明提供一種制備層狀多面體結構的羥基磷酸銅，將其作為正極材料應用于鈉離子電池正極中，表現出較高的首圈放電容量。

發明內容

為了滿足上述需求，本發明的目的是提供一種鈉離子電池用層狀多面體結構羥基磷酸銅電極材料的制備方法。本發明以硫酸銅和可溶性磷酸鹽為原料，無需添加任何模板劑、磷酸等非環境友好型原料，通過水熱法與固相法相結合的方法制備得到了層狀多面體結構的羥基磷酸銅材料，將其應用于鈉離子電池正極時表現出較高的首圈放電容量，達300mAh·g^-1。

本發明的技術方案如下：一種鈉離子電池用層狀多面體結構羥基磷酸銅電極材料的制備方法，具體步驟包括：

1）以4:1 - 4:4的質量比稱取硫酸銅與可溶性磷酸鹽（磷酸銨、磷酸鈉、磷酸鉀），首先將硫酸銅溶解于去離子水中，在磁力攪拌器上充分攪拌使其溶解均勻，制成濃度為0.5mg/mL - 2mg/mL的溶液，記為A；

2）將一定量的可溶性磷酸鹽溶于去離子水中，后置于磁力攪拌器上，將溶液A緩慢倒入其中，所得懸濁液記為B；

3）將懸濁液B倒入聚四氟乙烯的反應內釜中，內釜固定在均相反應儀中，設置反應溫度為150 – 180℃，反應時間為3 – 5 h；

4）反應完成待其冷卻至室溫后，用去離子水與乙醇清洗干凈，通過高速離心機收集樣品，將其倒入干凈的燒杯中，于真空干燥箱中40 - 60℃干燥2 – 6 h，此干燥的樣品記為C；

5）將樣品C倒入石英坩堝中，在低溫管式爐中進行固相反應，管式爐中通入氮氣保護氣氛，設置其升溫速率為5 – 10℃·min^-1，在300℃保溫0.5 - 1h，在400℃保溫2h，待其隨爐降至室溫時收集樣品，所得即為純相的羥基磷酸銅。

本發明以硫酸銅和可溶性磷酸鹽為原料，無需添加模板劑等非環境友好型原料，以水熱與固相法相結合的方法，通過在低溫管式爐中進行固相反應時分段保溫的方法，得到了層狀多面體結構的羥基磷酸銅。

本發明的有益的效果為：

1）本發明采用成本低廉、環境友好的原料，通過水熱法與固相法相結合的制備方法，得到了層狀多面體結構的羥基磷酸銅，工藝簡單、易操作；

2）本發明在低溫管式爐中通入氮氣的保護氣氛，以分段保溫的方法合成羥基磷酸銅材料，方法新穎；

3）本發明制備的純相的羥基磷酸銅材料應用于鋰離子電池正極時，首圈放電容量為300 mAh·g^-1。