[發明專利]一種碳包覆NaxRyM2(PO4)3材料及其制備和應用

在審

• 申請號: 201711213901.9
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN109841801A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 鄭瓊;張華民;易紅明;李先鋒;凌模翔
• 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;H01M4/62;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

1.一種碳包覆Na_xR_yM₂(PO₄)₃材料,其特征在于：R摻雜NMP中M為過渡金屬元素V、Fe、Nb中的一種或兩種以上；R為摻雜元素Li、K、Rb、Cs、Fr、Be、Ca、Mg、Sr、Ba、B、Al、Zn中的一種或二種以上；0.005≤y<7，y<x，1≤x≤7；y優選為0.05、0.1、0.5、0.7。

2.一種權利要求1所述的碳包覆R摻雜Na_xR_yM₂(PO₄)₃材料的制備方法，其特征在于：通過固相球磨、濕相球磨、溶膠-凝膠法或水熱法制備而成；

制備過程采用的：

M源為含M過渡金屬元素的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、醋酸鹽、草酸鹽、檸檬酸鹽中的一種或兩種以上；

Na源為氫氧化鈉、碳酸鈉、醋酸鈉、草酸鈉、檸檬酸鈉中的一種或兩種以上；

R源為含R的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、醋酸鹽、草酸鹽、檸檬酸鹽中的一種或兩種以上；

磷酸鹽為磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸、磷酸鉀和磷酸鈉中的一種或二種以上。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于：采用溶膠-凝膠法制備而成：

1)按Na、R、M和P摩爾比為x:y:2:3稱量鈉源、R源、M源和磷酸鹽；

2)若M源中M價態高于R摻雜Na_xR_yM₂(PO₄)₃化合物中M價態時，需將M源與適量還原劑混合，并加入溶劑a溶解，在50-90℃溫度下加熱攪拌成均勻混合溶液；還原劑的用量是以等于其恰好將M源完全還原為R摻雜Na_xR_yM₂(PO₄)₃中M價態的化學計量比加入；

若M源為R摻雜Na_xR_yM₂(PO₄)₃中M價態，無需加入還原劑，直接加入溶劑a溶解制得混合溶液即可；

3)將步驟1)稱量好的鈉源、R源、磷酸鹽以及碳源加入步驟2)溶液中，攪拌形成溶膠A；

4)將溶膠A在真空溫度為60-80℃下旋蒸0.5-2h，形成凝膠B，優選溫度為70℃，優選旋蒸時間為1h；

5)將凝膠B在100-150℃下真空干燥5-20h，形成電極材料前驅體C，優選溫度為120℃，優選干燥時間為12h；

6)將前驅體C在惰性氣氛中經200-400℃條件下預燒結2-6h、600-900℃高溫燒結4-20h，即得碳包覆R摻雜Na_xR_yM₂(PO₄)₃材料；優選預燒結溫度和時間分別為350℃和5h；優選高溫燒結時間為750℃和8h。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述步驟2)中的還原劑為草酸、抗壞血酸、甲醛、乙醛、正丁醛、檸檬酸、蔗糖、蘋果酸、乙二酸、己二酸中的一種或兩種以上；

所述的溶劑a為水、乙醇、乙二醇中的一種或二種以上；溶質與溶劑質量比為1:(10～20)；優選比例為1:15；

所述步驟3)中所述的碳源為草酸、抗壞血酸、甲醛、乙醛、正丁醛、檸檬酸、蔗糖、蘋果酸、乙二酸、己二酸中的一種或兩種以上；碳源質量為Na源、R源、M源、磷酸鹽和碳源總質量的10-30％；優選比例為20％。