[發明專利]元素摻雜磷酸釩納鈉離子電池正極材料及其可控制備方法

在審

• 申請號: 202010918455.7
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN114148997A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 胡章貴;王迪;龍震;王軍順
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;H01M4/58;H01M4/136;H01M10/054
• 代理公司: 太原倍智知識產權代理事務所(普通合伙) 14111
• 代理人: 張宏

1.一種元素摻雜硫酸釩鈉鋰離子電池正極材料的可控制備方法，其特征在于，包括步驟：

步驟一，將偏釩酸銨、二水合磷酸二氫鈉、檸檬酸和摻雜元素M按比例混合均勻，然后加入乙醇溶液，將獲得的溶液置于球磨機上，球磨機轉速為500-2800 rpm，攪拌均勻后得到磷酸釩鈉前驅體漿料，將所述磷酸釩鈉前驅體漿料放置在烘箱中，以45-125 ℃的條件干燥1-24小時，然后置于真空烘箱中相同溫度下干燥1-24小時，得到磷酸釩鈉前驅體粉末；摻雜元素M選自La系元素、Sc或Y中的一種或多種的組合；

步驟二，將磷酸釩鈉前驅體粉末轉移到管式爐中，在混合氣的保護下，以升溫速率1-10℃/min升至250-400 ℃燒結1-12小時后，繼續升溫至退火溫度600-1100 ℃燒結1-48小時，得到的NASICON型磷酸釩鈉粉體即為所述產品。

2.根據權利要求1所述的元素摻雜硫酸釩鈉鋰離子電池正極材料的可控制備方法，其特征在于：偏釩酸銨、二水合磷酸二氫鈉、檸檬酸和摻雜元素M的摩爾比為2:3:2:x，x=0.01-1.99。

3.根據權利要求1所述的元素摻雜硫酸釩鈉鋰離子電池正極材料的可控制備方法，其特征在于：步驟一中，球磨機轉速為1500rpm，球磨時間為12小時；烘箱溫度為80℃，干燥2小時，相同溫度真空干燥10小時。

4.根據權利要求1所述的元素摻雜硫酸釩鈉鋰離子電池正極材料的可控制備方法，其特征在于：步驟二中，升溫速率為5 ℃/min，350℃下燒結2小時，升溫至850 ℃燒結3小時。

5.根據權利要求1所述的元素摻雜硫酸釩鈉鋰離子電池正極材料的可控制備方法，其特征在于：步驟二中，Ar/H₂=95/5（體積比）作為混合氣。

6.一種由權利要求1-5任意一項方法獲得的元素摻雜硫酸釩鈉鋰離子電池正極材料。

7.根據權利要求6所述的元素摻雜硫酸釩鈉鋰離子電池正極材料，其特征在于：其化學式為Na₃V_2-xM_x(PO₄)₃/C，x=0.01-1.99。

8.一種磷酸釩鈉電極片，其特征在于：將10-50 mg的PVDF溶于2 mL NMP中，在磁力攪拌條件下加入10-100 mg導電炭黑與10-300 mg權利要求1所述的元素摻雜硫酸釩鈉鈉離子電池正極材料，攪拌0.5-24小時均勻后得到混合電極漿料，用自動涂布機將漿料在鋁箔上按0.01-1mm的厚度涂膜后，置于真空烘箱中，烘箱內氣壓為-0.1Mpa，在80-120℃條件下，干燥1-24小時，得到磷酸釩鈉電極片。

9.根據權利要求8所述的磷酸釩鈉電極極片，其特征在于：攪拌6小時得到漿料，涂膜厚度為0.15 mm，烘干條件為120攝氏度真空干燥12小時。

10.一種鈉離子電池，其特征在于：將權利要求8或9所述的磷酸釩鈉電極片裁剪得到直徑為12mm的圓片，用壓片機壓實，壓實壓強為10Mpa，然后用磷酸釩鈉圓片電極片為正極，直徑12mm厚度0.2mm的鈉金屬片為負極，0.1mL 濃度為1mol/L高氯酸鈉/碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯溶液為電解質，直徑19mm的聚丙烯薄膜為隔膜在高純氬氣填充的手套箱內組裝得到扣式電池。