[發明專利]一種包覆有金屬氧化物層的氟磷酸釩鈉電極及其制備方法

有效

• 申請號: 202011010524.0
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112186135B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 宋忠孝;張娜;李龍;丁書江;李雁淮;孟瑜;于廣泳
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397;H01M4/04;H01M4/136;H01M10/054
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明提供一種包覆有金屬氧化物層的氟磷酸釩鈉電極及其制備方法，通過原子層沉積法在Na₃V₂(PO₄)₂F₃電極片上沉積金屬氧化物層，得到包覆有金屬氧化物層的氟磷酸釩鈉電極。解決了鈉離子電池用正極材料的循環過程脫V、F問題，提高了材料在充放電過程中的循環穩定性，改善材料的容量衰減問題，同時，具有包覆層均勻致密、包覆量易于控制、產量顯著提高的優點。

技術領域

本發明屬于電化學儲能二次電池應用領域，具體涉及一種包覆有金屬氧化物層的氟磷酸釩鈉電極及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池自90年代商業化應用以來，因其能量密度高、循環壽命長、工作電壓高、自放電率低和無記憶效應等優點，目前已廣泛應用于筆記本電腦、手機和數碼相機等便攜式電子設備中，并向電動汽車、智能電網和可再生能源大規模儲能體系中擴展。從大規模儲能體系的需求可以看出，理想的二次電池不僅要求適宜的電化學性能，還必須兼顧資源豐富、價格低廉等社會經濟效益。然而，鋰資源的匱乏和分布不均難以滿足目前日益快速增長的需求。鈉離子電池與鋰離子電池具有相同的工作原理，能量密度略低于鋰離子電池。鈉和鋰元素物理化學性質相似，且原材料儲量豐富，價格低廉，分布廣泛，因此鈉離子電池在大規模儲能和備用電源等領域具有良好的應用前景。但由于鈉離子電池的能量密度略低，因此，研究并開發能量密度大、功率密度高、壽命長、價格低廉，適宜產業化的鈉離子電極材料十分必要與迫切。

作為鈉離子的載體和電池的關鍵部分之一，正極材料在很大程度上決定了電池的性能和最終成本。在鈉離子電池正極材料的研究體系中，聚陰離子性正極材料氟磷酸釩鈉(Na₃V₂(PO₄)₂F₃)由于F的誘導效應，具有4.2和3.7V兩個較高的鈉離子脫嵌電位平臺，高達128mAh·g^-1理論比容量和～507Wh·kg^-1理論能量密度。但由于Na₃V₂(PO₄)₂F₃晶體中V-F鍵較活躍，在多次充放電循環后的電解液中發現顆粒破碎，V、F離子溶解和表面固體電解質薄膜(CEI膜)生成，從而導致材料循環穩定性較差。有文獻采用水熱法在粉末表面包覆金屬氧化物層來解決上述問題，但是采用水熱法在粉末表面包覆金屬氧化物層存在包覆不均、過程繁瑣和產量較低的問題。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種包覆有金屬氧化物層的氟磷酸釩鈉電極及其制備方法，解決了鈉離子電池用正極材料的循環過程脫V、F問題，提高了材料在充放電過程中的循環穩定性，改善材料的容量衰減問題，同時，具有包覆層均勻致密、包覆量易于控制、產量顯著提高的優點。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種包覆有金屬氧化物層的氟磷酸釩鈉電極的制備方法，通過原子層沉積法在Na₃V₂(PO₄)₂F₃電極片上沉積金屬氧化物層，得到包覆有金屬氧化物層的氟磷酸釩鈉電極。

優選的，包括以下步驟：

1)將Na₃V₂(PO₄)₂F₃電極片放入原子層沉積系統的反應腔中，將所述反應腔的溫度調至150～250℃，壓力調至20～80Pa；

2)向反應腔中通入金屬前驅體和氧源，進行原子層沉積處理，得到所述包覆有金屬氧化物層的Na₃V₂(PO₄)₂F₃電極。