[發(fā)明專利]一種摻雜改性磷酸釩鈉的鈉離子電池正極材料的制備方法

在審

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• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107871865A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓建濤;李翔
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/054
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11246
• 代理人: 徐楊松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種摻雜改性磷酸釩鈉的鈉離子電池正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著化石能源和環(huán)境問題的日益惡化，綠色能源的重要性更加顯著。這對二次能源提出來更多的需求。鈉離子二次電池作為一種高性能的二次綠色電池，已經(jīng)廣泛應用于各種便攜式電源以及電動汽車。NASICON結(jié)構(gòu)鈉離子電池正極材料Na₃V₂(PO₄)₃具有原料資源豐富、價格低廉、環(huán)境友好、穩(wěn)定性和循環(huán)性能優(yōu)越等優(yōu)點，是鈉離子電池正極材料的重要替代品。

但是鈉離子在該電極材料中的擴散速率低，Na₃V₂(PO₄)₃的導電性能差，材料的利用率低，電極的倍率充放電性能差，制約了Na₃V₂(PO₄)₃材料的大倍率輸出。目前，普遍有兩種典型的方法來提高倍率性能：一種是設(shè)計納米級Na₃V₂(PO₄)₃，以減少鈉離子在固相中的擴散距離，另一種是通過表面改性或離子摻雜來提升離子擴散和電子傳導性，從而加速電荷轉(zhuǎn)移。

因此，Na₃V₂(PO₄)₃的摻雜改性能夠有效的改善晶體的離子擴散和電子傳導，改善Na₃V₂(PO₄)₃電極材料的電化學性能。近年來，國內(nèi)外報道了不同方法合成改性Na₃V₂(PO₄)₃材料，靜電紡絲和碳包覆都能有效改性大倍率性能；但是，前者的工藝要求復雜的設(shè)備，產(chǎn)率低，后者增加工藝，使得工藝復雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種摻雜改性磷酸釩鈉的鈉離子電池正極材料的制備方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種摻雜改性磷酸釩鈉的鈉離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1：前驅(qū)體的制備：將含鈉的原料、含釩的原料、含磷酸的原料、M摻雜元素化合物、有機碳材料和溶劑混合形成漿料，烘干所述漿料，以制得前驅(qū)體；其中，摻雜元素M為Ti或Mo；

步驟S2：產(chǎn)物的燒結(jié)制備：將所述前驅(qū)體置于750℃～900℃的溫度下進行熱處理即得到摻雜改性磷酸釩鈉的鈉離子電池正極材料。

本發(fā)明的有益效果是：通過前驅(qū)體制備步驟與產(chǎn)物燒結(jié)制備步驟兩者的整體配合以制備摻雜改性磷酸釩鈉，制備方法工藝簡單、能耗低、成本低廉。

進一步：所述步驟S1的具體實現(xiàn)為：

所述摻雜元素M為Ti元素時，

步驟S11：按元素物質(zhì)的量比為Na：V：P：Ti＝3-x：2-x：3：x稱取含鈉的原料、含釩的原料、含磷酸的原料和Ti摻雜元素化合物；其中，x為小于等于0.2的非負數(shù)；

步驟S12：向稱取的所述含鈉的原料、所述含釩的原料、所述含磷酸的原料以及所述Ti摻雜元素化合物中加入有機碳材料和溶劑，混合攪拌均勻形成漿料；

步驟S13：研磨所述漿料至少0.5小時，將研磨后的所述漿料烘干，以制得前驅(qū)體；

所述摻雜元素M為Mo元素時，

步驟S11a：按元素物質(zhì)的量比為Na：V：P：Mo＝3-5y：2-y：3：y稱取含鈉的原料、含釩的原料、含磷酸的原料和Mo摻雜元素化合物；其中，y為小于等于0.2的非負數(shù)；

步驟S12a：向稱取的所述含鈉的原料、所述含釩的原料、所述含磷酸的原料以及所述Mo摻雜元素化合物中加入有機碳材料和溶劑，混合攪拌均勻形成漿料；

步驟S13a：研磨所述漿料至少0.5小時，將研磨后的所述漿料烘干，以制得前驅(qū)體。

上述進一步方案的有益效果是：通過前驅(qū)體制備步驟與產(chǎn)物燒結(jié)制備步驟兩者的整體配合以及對前驅(qū)體中摻雜元素的種類、前驅(qū)體中各種摻雜元素的摻雜比例和燒結(jié)工藝中熱處理溫度的改進，使得到的摻雜改性磷酸釩鈉正極材料產(chǎn)物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、粒子純度高、粒徑均一、具有良好的電學性質(zhì)且倍率性能效果良好，同時制備的摻雜改性磷酸釩鈉正極材料產(chǎn)物的粒子綜合性能好，無毒、無二次污染。

進一步：所述含鈉的原料為碳酸鈉。