[發(fā)明專利]香蒲碳負(fù)載的磷酸釩鈉納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810584405.2
• 申請(qǐng)日: 2018-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN108682856B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏新輝;黎維;王秀麗;涂江平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 陳升華

本發(fā)明公開了一種香蒲碳負(fù)載的磷酸釩鈉納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，通過(guò)冷凍干燥法制得前驅(qū)體，通過(guò)高溫?zé)崽幚??10小時(shí)后得到香蒲碳負(fù)載的磷酸釩鈉納米復(fù)合材料，該復(fù)合材料負(fù)載的磷酸釩鈉為液滴狀納米顆粒，具有較大的比表面積，為電化學(xué)反應(yīng)提供更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)。同時(shí)，由香蒲碳化后得到的碳基質(zhì)提高了復(fù)合材料的電子傳輸速率，從而加快該復(fù)合材料的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。本發(fā)明中，有效提供了磷酸釩鈉復(fù)合材料的電子電導(dǎo)率差，從而在實(shí)現(xiàn)高放電比容量的同時(shí)，獲得具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性的新型鈉離子電池正極材料。在移動(dòng)設(shè)備、電動(dòng)汽車、大規(guī)模儲(chǔ)能等領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及香蒲碳負(fù)載的磷酸釩鈉納米復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種香蒲碳負(fù)載的磷酸釩鈉納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著傳統(tǒng)化石燃料的迅速消耗以及社會(huì)發(fā)展對(duì)能源需求的不斷增加，人們逐漸將更多的時(shí)間和精力致力于清潔無(wú)污染的綠色能源的開發(fā)與利用，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等。在這之中，電化學(xué)儲(chǔ)能具有成本低、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，而成為一種較優(yōu)的選擇。在眾多電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，鋰離子電池由于其高能量密度、高功率密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命被認(rèn)為是極具潛力的儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而，鋰離子的進(jìn)一步應(yīng)用面臨著巨大的挑戰(zhàn)即成本問(wèn)題，無(wú)論是鋰資源的匱乏，還是加工制造方面，不斷攀升的成本限制了其應(yīng)用。因此亟待開發(fā)可替代的儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求。鈉離子電池在此時(shí)走進(jìn)人們的視野。首先，鈉是地球上的第四大元素，在地殼儲(chǔ)量約為2.6％，海水中有取之不盡用之不竭的鈉資源，便于提煉。其次，鈉源供應(yīng)量大，價(jià)格低廉，最后鈉和鋰的化學(xué)性質(zhì)相似，可將鋰離子電池中的理論應(yīng)用于鈉離子電池上。而在眾多的鈉離子電池正極材料中，快離子導(dǎo)體Na₃V₂(PO₄)₃正極材料擁有獨(dú)特的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，較高的電壓平臺(tái)和理論比容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，使其在儲(chǔ)能領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力。

但是，Na₃V₂(PO₄)₃的電子導(dǎo)電率較差，在充放電過(guò)程中，容量衰減明顯。因此，將Na₃V₂(PO₄)₃材料進(jìn)行復(fù)合改性，并得到納米尺寸的材料，有助于提高其電化學(xué)性能。香蒲碳負(fù)載的磷酸釩鈉納米復(fù)合材料可用于鈉離子電池正極材料，獲得高比容量和優(yōu)異的電化學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)磷酸釩鈉電子導(dǎo)電性差的缺陷進(jìn)行復(fù)合改性，提供了一種香蒲碳負(fù)載的磷酸釩鈉納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，通過(guò)該方法制得的香蒲碳負(fù)載的磷酸釩鈉納米復(fù)合材料用作鈉離子電池正極材料，具有高充放電容量、優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

本發(fā)明所述的香蒲碳負(fù)載的磷酸釩鈉納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將香蒲置于瓷舟中，放入管式爐中氬氣氛圍下500℃～700℃進(jìn)行熱處理1～5小時(shí)使之碳化，自然冷卻至環(huán)境溫度，得到負(fù)載材料香蒲碳；

2)將三氯化釩溶于去離子水中，環(huán)境溫度下攪拌得到褐色溶液，然后將磷酸二氫鈉、葡萄糖溶于褐色溶液中，攪拌均勻，形成深綠色溶液；

3)將步驟1)制備的負(fù)載材料香蒲碳浸泡在步驟2)中得到的深綠色溶液，使之充分浸潤(rùn)，然后將所得混合溶液在液氮條件下迅速冷凍，然后置于冷凍干燥機(jī)中干燥18h～30h，得到前驅(qū)體；

4)將步驟3)制得的前驅(qū)體放入管式爐中在氬氣氛圍下進(jìn)行熱處理，反應(yīng)溫度為650-850℃，反應(yīng)時(shí)間為6-12小時(shí)，冷卻至環(huán)境溫度，得到香蒲碳負(fù)載的磷酸釩鈉納米復(fù)合材料(目標(biāo)產(chǎn)物)。

步驟1)中，所述的熱處理的條件為：550℃～650℃進(jìn)行熱處理1.5～3小時(shí)；進(jìn)一步優(yōu)選，600℃進(jìn)行熱處理2小時(shí)。

步驟2)中，所述的三氯化釩、磷酸二氫鈉、葡萄糖的質(zhì)量比為8：8～10：8～10，進(jìn)一步優(yōu)選為8：9：9。