[發明專利]一種釕摻雜碳包覆磷酸釩鈉正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910347765.5
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN110085830B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 張大偉;張宸尉;蔣洋;楊慶春
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/58;H01M10/054
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發明公開了一種釕摻雜碳包覆磷酸釩鈉正極材料及其制備方法，是在磷酸釩鈉電極材料中摻雜釕離子，并在磷酸釩鈉電極材料外包覆碳。本發明使磷酸釩鈉正極材料的首次放電容量和循環性能得到提升，且方法簡單，易于量化生產和推廣應用。

技術領域

本發明涉及一種鈉離子電池正極材料的制備方法，尤其涉及一種釕摻雜碳包覆磷酸釩鈉正極材料的制備方法

背景技術

鋰離子電池由于其較大的能量密度、較長的循環壽命以及無記憶效應等諸多優點，已經被廣泛應用于各種便攜式電子產品及設備。特別是在能源危機和環境惡化的雙重壓力下，人類社會對鋰離子電池的依賴性將越來越大，對鋰的需求將越來越多。但是地殼中的鋰含量分布不均衡，且難以滿足如此大的需求量，導致鋰源價格不斷上漲，不能滿足社會發展的需要。因此，迫切需要開發新一代具有良好綜合性能的新型儲能電池系統。

和鋰相比，鈉儲量更加豐富、分布更加廣泛、價格更低、易于提取，且鈉與鋰同族，電化學性質非常相似。因此鈉離子電池受到了研究者們的青睞。在眾多鈉離子電池正極材料中，NASICON結構的正極材料因具有穩定的三維骨架結構和較高的離子傳導性，而備受關注，其中最具有代表性的鈉離子電池NASICON型正極材料是磷酸釩鈉(化學式Na₃V₂(PO₄)₃，簡稱NVP)。NVP具有三維框架結構，有助于鈉離子的嵌入與脫出，且嵌入脫出過程對材料的體積變化影響較小，使得材料具有較好的循環和倍率性能。

但是，磷酸釩鈉也有不足之處，那就是其電子電導率和離子遷移速率較低，不僅影響了其高比容量的發揮，還限制了其在大電流下的充放電能力。因此需要對它進行摻雜包覆改性研究，以提升其電化學性能。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種釕摻雜碳包覆磷酸釩鈉正極材料及其制備方法，旨在提高現有磷酸釩鈉的首次放電容量和循環性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

本發明公開了一種釕摻雜碳包覆磷酸釩鈉正極材料，其是在磷酸釩鈉電極材料中摻雜釕離子，并在磷酸釩鈉電極材料外包覆碳。

本發明釕摻雜碳包覆磷酸釩鈉正極材料的制備方法，步驟如下：

(1)按照Na：V：P：Ru：C＝3：2-x：3：x：2的摩爾比，稱取鈉源、釩源、磷源、釕源和碳源，0.1≤x≤0.2；

(2)將釩源和草酸溶解在去離子水中，60℃加熱攪拌直至其完全溶解，再加入磷源和鈉源，在75℃～95℃水浴條件下磁力攪拌加熱0.5～1h，形成混合液；然后將釕源、碳源和聚乙二醇-400加入所述混合液中，繼續攪拌加熱至形成凝膠；將所述凝膠真空干燥后，研磨，獲得混合粉末；

其中：草酸與碳源的摩爾比為1：1，碳源摩爾量與聚乙二醇-400體積的比為0.01mol：10mL；

(3)將所述混合粉末在充滿惰性氣體的管式爐中，以350℃～400℃低溫初燒3.5～4.5h；所得產物取出后再次研磨均勻，然后再在充滿惰性氣體的管式爐中，以750℃～850℃高溫煅燒8～10h，即獲得釕摻雜碳包覆磷酸釩鈉正極材料。

優選的，所述碳源為檸檬酸、蔗糖、抗壞血酸、甘氨酸和聚乙烯醇中的至少一種。

優選的，所述鈉源為碳酸鈉、草酸鈉、檸檬酸鈉、磷酸鈉、乳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉和磷酸二氫鈉中的至少一種。

優選的，所述釩源為偏釩酸銨、硫酸氧釩、二氧化釩和三氧化二釩中的至少一種。

優選的，所述磷源為磷酸二氫銨、磷酸、磷酸氫二銨和磷酸銨中的至少一種。

優選的，所述釕源為氯化釕或者二氧化釕。