[發明專利]一種鈉離子電池用的鎂取代磷酸釩鈉/碳復合正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810183076.0
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108511704A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 章冬云;豐平;常程康;張以晴;王乃占;杜立春;王蒙蒙
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

本發明公開了一種鈉離子電池用的鎂取代磷酸釩鈉/碳復合正極材料，其化學式為Mg_xNa_3?2xV₂(PO₄)₃/C,0.05≤x≤0.2。本發明還提供了上述正極材料的制備方法，首先將磷酸二氫銨、偏釩酸銨、碳酸鈉、氧化鎂、檸檬酸加入水中并攪拌，再在70攝氏度下左右水浴持續攪拌直至凝膠，將所得藍色凝膠進行干燥并研磨得到粉末前驅體，將該前驅體粉末在700?900攝氏度還原氣氛下煅燒5?15小時后得到鈉離子電池用正極材料。本發明獲得的鈉離子電池正極材料展現出了較高的放電比容量和良好的循環性能，在將來的鈉電儲能系統中有較佳的應用前景。

技術領域

本發明屬于材料學領域，涉及一種鈉離子電池正極材料，具體來說是一種鈉離子電池用的鎂取代磷酸釩鈉/碳復合正極材料及其制備方法。

背景技術

能量的儲存和轉化與人類社會息息相關，在過去幾十年里，鋰離子電池廣泛應用于全球范圍的各個領域中，小到便攜式電子設備大到電動汽車、大巴等，取得了極快的發展。但是，由于鋰資源的短缺，對其如此量大的需求導致了鋰源價格不斷上漲，這嚴重的限制了鋰離子電池在大規模儲能領域中的應用。而鈉與鋰有著相似的物理化學性質，且鈉離子電池與鋰離子電池的工作原理相近，而鈉源廣布分布于地殼和海水當中(儲量是鋰源的430倍)，因此其容易獲取，成本低廉，比鋰離子電池更符合在大規模儲能領域中的應用。

磷酸釩鈉具有一種三維開框的穩定鈉超離子導體(NASICON)結構，并且由VO6、PO4基團交替組成的燈籠結構能夠讓材料讓其在充放電過程中能夠保持穩定，擁有較高的放電平臺與使用壽命，是絕佳的鈉離子電池正極材料。

但是，磷酸釩鈉材料與橄欖石結構的磷酸鐵鋰材料一樣，具有較低的電子電導率和離子遷移速率，因此，對磷酸釩鈉材料進行結構和成分的調控，通過離子取代在材料結構內部中產生缺陷，可提高離子遷移速率與電子電導率，以達到優異的電化學性能。

發明內容

針對現有技術中的上述技術問題，本發明提供了一種鈉離子電池用的鎂取代磷酸釩鈉/碳復合正極材料及其制備方法，所述的這種鈉離子電池用的鎂取代磷酸釩鈉/碳復合正極材料的電子電導率和離子遷移速率較低的技術問題。

本發明提供了一種鈉離子電池用的鎂取代磷酸釩鈉/碳復合正極材料，其化學式為Mg_xNa_3-2xV₂(PO₄)₃/C，0.05≤x≤0.2。

本發明還提供了上述的一種鈉離子電池用的鎂取代磷酸釩鈉/碳復合正極材料的制備方法，包括如下步驟：

1)稱取89重量份的偏釩酸銨、131重量份的磷酸二氫銨，106～212重量份的檸檬酸，溶于去離子水中，攪拌直至其完全溶解；

2)將52～60重量份的碳酸鈉和0.73～3.05重量份的氧化鎂加入步驟1)的混合溶液中，攪拌混合均勻；

3)將步驟2)中得到的混合溶液移至水浴鍋里，調節水溫至60～80度，持續攪拌6-18小時后，得到藍色的凝膠產物；

4)將步驟3)中得到的凝膠移至烘箱中，70℃烘12～48小時，得到塊狀的固體，將固體研磨，得到藍色的前驅體粉末；

5)將步驟4)中得到的前驅體粉末在管式爐中，在施加含H₂體積百分比為5％的H₂/Ar混合氣氛中煅燒，首先升溫到350℃并保溫6h，接著升溫到700～900℃保溫5-15小時，降至室溫后得到鈉離子電池用正極材料鎂取代的磷酸釩鈉/碳復合物。

進一步的，制備過程中所用的原料的重量份數如下：

碳酸鈉：56份

氧化鎂：1.53份