[發(fā)明專利]層狀金屬有機(jī)磷酸鹽框架鈉離子正極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811377465.3
• 申請(qǐng)日: 2018-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN109546117B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭俊超;林可博;范鑫銘;劉洋;賀振江;童匯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/60;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 長(zhǎng)沙星耀專利事務(wù)所(普通合伙) 43205
• 代理人: 陸僖;寧星耀

1.一種層狀金屬有機(jī)磷酸鹽框架鈉離子電池正極材料，其特征在于，是由金屬有機(jī)磷酸鹽框架鈉離子電池正極材料中摻雜碳導(dǎo)電劑而成的層狀材料；所述金屬有機(jī)磷酸鹽框架鈉離子電池正極材料的分子式為C₂H₁₀Na₂O₁₆P₂V₂，該分子結(jié)構(gòu)屬于空間群為手性非心空間群的單斜晶系結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述層狀金屬有機(jī)磷酸鹽框架鈉離子電池正極材料，其特征在于：正極材料的晶胞體積為620～720?³，晶粒大小為110～140 nm，結(jié)晶度為85～100%；所述層狀金屬有機(jī)磷酸鹽框架鈉離子電池正極材料呈層狀納米片結(jié)構(gòu)，納米片的寬度為1～20μm；所述納米片中摻雜的碳導(dǎo)電劑的粒徑為0.02～0.20μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述層狀金屬有機(jī)磷酸鹽框架鈉離子電池正極材料，其特征在于：所述碳導(dǎo)電劑的摻雜量為金屬有機(jī)磷酸鹽框架鈉離子電池正極材料質(zhì)量的2～20%；所述碳導(dǎo)電劑為碳納米管、石墨烯或?qū)щ娞亢谥械囊环N或幾種；所述碳導(dǎo)電劑在使用前先進(jìn)行酸化處理，具體方法為：將碳導(dǎo)電劑加入混合酸中，在常溫下，進(jìn)行超聲分散，冷卻至室溫后，加水稀釋，然后用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，洗滌，重復(fù)上述操作至水洗液為中性，最后真空干燥至恒重，得酸化碳導(dǎo)電劑；所述混合酸由濃硫酸和濃硝酸以體積比2～4:1混合而成；所述碳導(dǎo)電劑與混合酸的質(zhì)量體積比為0.1～0.3:100，質(zhì)量體積比的單位為g/mL；所述超聲分散的功率為100～600W，時(shí)間為3～5h；用于稀釋的水的體積為混合酸體積的3～5倍；所述微孔濾膜的孔徑為0.4～0.5μm；所述真空干燥的溫度為80～100℃。

4.一種如權(quán)利要求1～3之一所述層狀金屬有機(jī)磷酸鹽框架鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）將釩源加入水中，攪拌分散后，再加入磷酸和二水合草酸，攪拌，加入鈉源，超聲至分散均勻，得混合溶液A；

（2）將步驟（1）所得混合溶液A置于密閉反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，過(guò)濾，洗滌沉淀，干燥，得Na-MOF材料；

（3）將步驟（2）所得Na-MOF材料與碳導(dǎo)電劑混合，研磨，得層狀金屬有機(jī)磷酸鹽框架鈉離子電池正極材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述層狀金屬有機(jī)磷酸鹽框架鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，所述釩源中釩元素與水的摩爾體積比為0.2～1.0:1，摩爾體積比的單位為mmol/mL；所述釩源為二氧化釩和/或五氧化二釩；所述攪拌分散的速度為100～400r/min，攪拌分散的時(shí)間為5～30min。

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述層狀金屬有機(jī)磷酸鹽框架鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，所述磷酸、二水合草酸與釩源中釩元素的摩爾比為5～50:0.5～5.0:1；所述鈉源中鈉元素與釩源中釩元素的摩爾比為0.1～4.0:1；所述鈉源為氫氧化鈉、碳酸氫鈉或氯化鈉中的一種或幾種。

7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述層狀金屬有機(jī)磷酸鹽框架鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，所述超聲的功率為100～600W，超聲的時(shí)間為1～100min。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述層狀金屬有機(jī)磷酸鹽框架鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，所述超聲的功率為100～600W，超聲的時(shí)間為1～100min。

9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述層狀金屬有機(jī)磷酸鹽框架鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，所述混合溶液A的體積占密閉反應(yīng)釜體積的20～70%；所述水熱反應(yīng)的溫度為90～180℃，水熱反應(yīng)的時(shí)間為24～80h。