[發明專利]一種具有網狀結構的碳包覆磷酸焦磷酸錳鈉@SWCNT復合材料及其制備及應用

有效

• 申請號: 201910413099.0
• 申請日: 2019-05-17
• 公開（公告）號: CN110085849B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 張治安;賴延清;孫學文;王濤勝;張凱;洪波;李劼
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生;魏娟

本發明應用于鈉離子電池材料技術領域，具體公開了一種磷酸焦磷酸錳鈉@SWCNT復合材料，由表面原位復合有碳包覆磷酸焦磷酸錳鈉的SWCNT交錯成的網絡結構材料，所述的磷酸焦磷酸錳鈉的化學式為Na₄Mn₃(PO₄)₂P₂O₇。本發明還提供了所述的復合材料的制備和在鈉離子電池中的應用。本發明所述的復合材料，其作為鈉離子電池正極材料具有高電壓，高安全性，高倍率特性的特點，且體系資源豐富，成本低廉，具有良好的商業應用前景。本發明所述材料電化學性能優異，導電網絡對材料的性能提升明顯。

技術領域

本發明涉及一種鈉離子電池正極材料，特別涉及一種具有網狀結構的碳包覆磷酸焦磷酸錳鈉@SWCNT復合材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于具有高能量密度、高穩定性、長壽命等優勢。但是，鋰資源在地殼中儲量低，所以在大規模儲能方面并不適用。因此，科研人員將目光聚集在鈉離子電池上，鈉離子電池由于鈉資源蘊藏量豐富、環境友好，被認為是一種理想的大規模儲電應用技術而得到世界的廣泛關注。

鈉離子電池和鋰離子電池雖表面上看僅僅是嵌入離子的不同，但隸屬于不同的領域，對電極材料的要求截然不同。例如，鈉離子比鋰離子要大55％左右，鈉離子在相同結構材料中的嵌入和擴散往往都相對困難，同時嵌入后材料的結構變化會更大，因而電極材料的比容量、動力學性能和循環性能等都相應地變差。相比于鋰離子電池領域，鈉離子電池領域還有很多技術難題需要克服，其技術成熟度嚴重滯后于鋰離子電池。

過去的幾十年時間里，科研工作者對鈉離子電池的正極材料開展了廣泛研究。其中主要在層狀氧化物體系和聚陰離子型體系居多。其中由于聚陰離子型的正極材料由于安全性能好，循環穩定性高，易于控制材料的結構，所以是鈉離子電池正極材料中的研究熱點。現階段鈉離子電池正極材料主要向高電壓，高容量，和長循環穩定性及原料便宜方面展開。

而在眾多的聚陰離子型的材料中，錳基體系的材料由于其高電壓和低成本的特性是被認為是最具有商業前景的鈉電正極材料體系。

現有研究中，錳基體系聚陰離子型正極材料，主要存在因錳的姜-泰勒效應易于溶解的問題，所以循環性能較差，錳基體系導電性不好，倍率性能較差。

發明內容

針對現有的鈉離子電池正極材料存在的缺陷問題，本發明的第一個目的是在于提供了一種具有優異電化學性能的磷酸焦磷酸錳鈉@SWCNT復合材料，旨在提升材料的電學性能。

本發明的第二個目的在于提供一種重復性好、操作簡單、環境友好，成本低廉制備所述磷酸焦磷酸錳鈉@SWCNT復合材料的方法。

本發明的第三個目的在于提供所述一種磷酸焦磷酸錳鈉@SWCNT復合材料為鈉離子電池正極材料的應用，旨在提升鈉離子電池充放電比容量、倍率性能和循環穩定性能。

一種具有網狀結構的碳包覆磷酸焦磷酸錳鈉@SWCNT復合材料(本發明也簡稱復合材料)，為由表面原位復合有碳包覆磷酸焦磷酸錳鈉的SWCNT交錯成的網絡結構材料，所述的磷酸焦磷酸錳鈉的化學式為Na₄Mn₃(PO₄)₂P₂O₇。

本發明提供了一種全新形貌的材料，其創新地將磷酸焦磷酸錳鈉原位復合在單壁碳納米管表面，并將該單壁碳納米管構建成網狀形貌；通過所述的物質特性和特殊結構形貌的協同作用，有效解決現有錳基正極材料易溶解、穩定性差、電學性能差等技術問題，有效提升材料的循環穩定性。