[發明專利]一種氟磷酸釩鈉/碳復合物的制備及復合物的應用

有效

• 申請號: 201711090279.7
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN109755489B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 張華民;鄭瓊;易紅明;李先鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/054
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明屬于鈉離子電池正極材料領域，特別涉及一種氟磷酸釩鈉/碳復合物的制備及復合物的應用，所述正極材料的組成為Na₃V₂₍PO₄)₂F₃。本發明的Na₃V₂(PO₄)₂F₃是使用低溫綠色的溶劑熱?球磨法制備出來的，與傳統的球磨法相比，材料的制備不需要經過高溫煅燒，能耗較低，綠色環保。所制備的Na₃V₂(PO₄)₂F₃/C復合物通過電化學性能測試，表現出接近理論比容量的放電比容量和優異的倍率性能，在便攜式電子設備和快速充放電的設備中有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及鈉離子電池正極材料領域，特別涉及一種氟磷酸釩鈉/碳復合物的制備及其應用。

背景技術

能源是社會發展的重要推動力，目前所使用的能源主要分為可再生能源(風能、水能、太陽能等)和不可再生能源(煤、石油、天然氣等)。由于不可再生能源資源短缺并對環境的污染嚴重，可再生能源的發展越來越受到人們的關注，但可再生能源不連續、不穩定，將其直接并網會對電網產生很大的沖擊。儲能技術是解決可再生能源不連續、不穩定的關鍵技術。在眾多的儲能技術中，鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長等優點，被廣泛地應用于各種便攜式電子設備和電動汽車中，但鋰資源儲量有限、分布不均勻,限制了鋰離子電池的規模化發展。

鈉與鋰具有相似的化學、物理性質，且Na的儲量豐富(Na的豐度是Li的1000倍)，分布廣泛，成本較低，鈉離子電池的發展能夠有效地緩解鋰資源有限的問題。鈉離子電池的容量受限于正極材料，發展正極材料是實現鈉離子電池大規模應用的關鍵，氟磷酸釩鈉具有NASICON(鈉離子超導體)結構，鈉離子脫嵌速度較快，結構穩定，并具有較高的電壓平臺和理論比容量，是一種很有應用潛力的正極材料。從目前的報道來看，氟磷酸釩鈉的制備方法主要是溶膠-凝膠法和球磨法，這兩種方法由于需要經過中高溫預燒結(300℃-400℃)和高溫煅燒成相的過程，能耗較高，而且制備過程復雜。要想實現氟磷酸釩鈉的大規模應用，就必需找到一種綠色簡單、能耗較低，溶劑熱-球磨法因其能夠在較低的溫度(100-300℃)下形成亞臨界或臨界狀態，從而使材料較好地成相，因此溶劑熱-球磨法合成氟磷酸釩鈉是實現其大規模應用的一種很好的方法。同時，同時，通過溶劑熱-球磨法制備得到Na₃V₂(PO₄)₂F₃后，使用球磨方法對Na₃V₂(PO₄)₂F₃進行碳復合得到Na₃V₂(PO₄)₂F₃/C復合物，使用球磨法對Na₃V₂(PO₄)₂F₃進行碳復合使材料與碳的接觸更加緊密，提高材料的導電性；其次，球磨使得Na₃V₂(PO₄)₂F₃顆粒減小，鈉離子的脫嵌路徑變短，鈉離子的脫嵌速度得到極大的提升；另外，顆粒減小使得材料具有較大的比表面積，材料與碳和電解液的接觸面積增加，電子與離子在材料界面的傳輸電阻變小，傳遞速度增加，提高材料的倍率性能。所制備的Na₃V₂(PO₄)₂F₃/C復合物通過電化學性能測試，表現出接近理論比容量的放電比容量和優異的倍率性能，在便攜式電子設備和快速充放電設備中有很好的應用前景。

發明內容

本發明涉及一種低溫制備氟磷酸釩鈉/碳復合物的方法及其在鈉離子電池中的應用。