[發明專利]一種具有量子點結構的磷酸釩鈉/碳復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810592030.4
• 申請日: 2018-06-11
• 公開（公告）號: CN108807895B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 張旭東;張起豪;何文
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 張宏松

本發明涉及一種具有量子點結構的磷酸釩鈉/碳復合材料及其制備方法，本發明以紙漿、鈉源、釩源、磷源為原料，經水熱和碳熱還原熱處理，得到具有量子點結構的Na₃V₂(PO₄)₃/C，不僅具有成本低、制備工藝簡單的特點，而且有利于鈉離子的傳輸和鈉離子嵌入/脫出過程中引起的體積膨脹調節，可提高其電化學性能，具有良好的應用前景，可取得顯著的經濟社會效益。

技術領域

本發明涉及一種具有量子點結構的磷酸釩鈉/碳復合材料及其制備方法，屬于鈉離子電池正極材料技術領域。

背景技術

磷酸釩鈉(Na₃V₂(PO₄)₃)由于具有成本低、循環能力強、安全性高、熱穩定性好等優點被認為是鈉離子電池的優選正極材料，其理論比容量為117.6mAh/g。然而，它也具有固有的缺陷，例如：結晶度較低、電導率較低、鈉離子半徑大等，這些缺陷導致易形成固體電解質界面，在充電和放電過程的結構變化，以及電子和離子傳輸困難等。

研究者已經通過開展納米碳涂層、碳納米管和石墨烯等方面研究以提高其導電率，例如，Jiexin Zhang(Graphene-Scaffolded Na3V2(PO4)3 Microsphere Cathode withHigh Rate Capability and Cycling Stability for Sodium Ion Batteries，ACSAppl.Mater.Interfaces,9,8,7177-7184)等人通過將納米晶體Na3V2(PO4)3嵌入石墨烯片中形成多孔微球體正極材料，0.2C首次放電比容量為115mAh/g，但由于石墨烯價格較為高昂而難以產業化；Barker(The electrochemical insertion properties of sodiumvanadium fluorophosphate,Na3V2(PO4)2F3，Solid State Ionics 177(2006)1495–1500)等人通過碳包覆得到的Na2MPO4F和Na2FexM1-xPO4F正極材料在0.1C下具有110m A h/g的比容量，但因為氟元素的存在，對環境有較大的影響，嚴重地限制了它們的實際應用；中國專利文獻CN106920946A公開了一種氧化鋁和碳復合包覆氟磷酸釩鈉正極材料及制備方法，制備出的氟磷酸釩鈉雖可提高電化學性能，但同樣因氟元素的有害性使得其實際應用受到了制約。

因此，有必要研發一種低成本、工藝簡易、環境友好、具有特殊結構、電化學性能良好的磷酸釩鈉(Na₃V₂(PO₄)₃)正極材料。

發明內容

本發明提供一種具有量子點結構的磷酸釩鈉/碳復合材料及其制備方法，該復合材料以紙漿作為成核劑、結構模板和碳源，得到了具有量子點結構的Na₃V₂(PO₄)₃/C復合材料，成本低、工藝簡易、環境友好、電化學性能良好。

術語說明：

紙漿是以植物為原料加工而成的，是造紙的基本原料。它主要含有纖維素和半纖維素。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種具有量子點結構的磷酸釩鈉/碳復合材料，該復合材料具有量子點結構，是由Na₃V₂(PO₄)₃和碳復合而成，其中Na₃V₂(PO₄)₃的質量含量為85～95％，碳的質量含量為5～15％；

具有量子點結構的磷酸釩鈉/碳復合材料的制備方法，步驟如下：