[發明專利]一種碳載氟磷酸釩鈉及其制備和應用

有效

• 申請號: 201811490026.3
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN111293307B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 鄭瓊;李先鋒;凌模翔;張華民
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 毛薇;李馨

本發明涉及一種碳載氟磷酸釩鈉及其制備和應用，碳載氟磷酸釩鈉通過水熱法制備，溶膠凝膠得到碳載前驅體，再經過水熱得到NaVPO₄F@C電極材料，使用水熱法制備的NaVPO₄F@C顆粒較小且形貌尺寸較為均一；此外，這種制備方法實現了水熱過程的碳包覆，有利于鈉離子的傳輸和可逆脫嵌；電極材料的顆粒尺寸減小也使得NaVPO₄F@C與電解液的接觸面積增加，電解液的浸潤性變好，多方面的綜合作用使得材料具有較高的放電比容量和優異的倍率性能，因此這種鈉離子電池正極材料的制備方法在碳負載鈉離子電池材料的制備中很有應用前景。

技術領域

本發明涉及鈉離子電池正極材料領域，特別涉及一種水熱法制備碳載四方型氟磷酸釩鈉的方法及其應用。

背景技術

能源的存儲和利用在社會的發展中占據重要的地位，化石能源長期占據著能源結構中的主要位置，但同時化石能源也面臨著資源短缺和環境污染的問題。尋找清潔的可再生能源是解決化石能源短缺和污染問題的有效手段，可再生能源的開發和利用也開始備受關注，但可再生能源在其開發利用過程中遇到了不連續、不穩定，并網難的問題。儲能技術是解決其不連續、不穩定的問題的關鍵技術，也使得儲能技術的發展成為可再生能源實用性的關鍵。在諸多的儲能技術中，鋰離子電池是目前發展較為成熟和完善的儲能技術，因其具有能量密度高、工作電壓高、循環壽命長、自放電作用小等優點，被廣泛地應用于各種便攜式電子設備等動力電池中，但鋰離子電池也面臨著鋰資源儲量有限、價格昂貴以及資源分布不均勻等問題,這些因素很大程度上限制了鋰離子電池的規模化發展。

鈉與鋰具有相似的化學、物理性質，且Na的儲量豐富，分布廣泛，成本較低，鈉離子電池的研究也開始受到人們的關注，而鈉離子電池面臨的主要問題是鈉的電極電勢較正導致的電壓平臺的降低進而使得鈉離子電池能量密度降低，另一方面難以找到鈉離子電池負極材料實現鈉離子快速穩定的脫嵌。鈉離子電池工作原理與鋰離子電池類似，都是基于離子脫嵌反應的電化學過程，且由于鈉離子電池中很多技術可以沿用鋰電現有技術。這些因素使鈉離子電池成為很有應用潛力的儲能技術。而開發高性能鈉離子電池的正極材料成為了鈉離子電池實用性突破的關鍵，從目前的報道來看，鈉離子電池正極材料的研究主要集中在層狀氧化物，金屬有機框架化合物和聚陰離子型化合物，其中聚陰離子型化合物因其具有利于鈉離子脫嵌的穩定結構，是很有應用前景的鈉離子電池正極材料。氟磷酸釩鈉是常見的聚陰離子型化合物，目前公開報道的氟磷酸釩鈉有兩種晶體構型，其中單斜型的一氟磷酸釩鈉更利于鈉離子的可逆脫嵌，但由于四方型氟磷酸釩鈉有著更高的平均電壓平臺，因而其理論能量密度較單斜型更高，目前對于四方型一氟磷酸釩鈉的報道較少，且性能都較差，因此開發高穩定性的四方型晶體結構一氟磷酸釩鈉對鈉離子電池正極材料的發展有著重要意義。

發明內容

本發明為解決上述技術問題，通過水熱法制備一種碳負載四方型氟磷酸釩鈉及其在鈉離子電池中的應用。

一種碳載氟磷酸釩鈉的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一、碳源、釩源和還原劑通過溶膠凝膠法得到含釩的碳包覆前驅體；步驟二、將含釩的碳包覆前驅體，與鈉鹽、氟鹽、磷酸鹽混合，進行水熱反應，得到所述碳載氟磷酸釩鈉。

作為優選的技術方案，所述釩、還原劑、碳源的摩爾比為1:1：(0.9-1.1)，優選比例為1:1：1。

作為優選的技術方案，所述的碳源為蔗糖、果糖、葡萄糖、草酸、檸檬酸中的一種或二種以上；所述的釩源為磷酸釩、偏釩酸銨、五氧化二釩中的一種或二種以上；優選釩源為偏釩酸鈉；所述的還原劑為草酸、抗壞血酸、甲醛、乙醛、正丁醛、檸檬酸、蔗糖、蘋果酸、乙二酸、己二酸中的一種或二種以上；優選還原劑和碳源均為草酸或均為檸檬酸。