[發明專利]表面改性的多孔六邊形Na3

有效

• 申請號: 202011286730.4
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112421027B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 任玉榮;朱威凱;苗春霞
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054;C01B32/05;C01B25/455
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 謝新萍

本發明屬于納米材料與電化學技術領域，具體涉及一種表面改性的多孔六邊形Na₃V₂(PO₄)₂F₃碳包覆微米球及其制備方法和應用。基于水熱法合成Na₃V₂(PO₄)₂F₃材料，通過表面活性劑改性，然后退火處理，得到多孔六邊形Na₃V₂(PO₄)₂F₃碳包覆微米球材料，該材料結合了多孔六邊形微米球、碳包覆和特定晶面暴露((222)晶面)的獨特優勢。作為鈉離子電池活性材料時，該材料顯示出優異的循環穩定性與高倍率特性，是高倍率、長壽命、高穩定性的鈉離子電池的潛在應用材料。本發明工藝簡單，符合綠色化學的要求，對設備要求低，有利于市場化推廣。

技術領域

本發明屬于納米材料與電化學技術領域，涉及一種鈉離子正極材料，具體涉及一種表面改性的多孔六邊形Na₃V₂(PO₄)₂F₃碳包覆微米球及其制備方法，該材料可作為高倍率、長壽命、高穩定性鈉離子電池正極活性材料。

背景技術

發展可再生和可持續能源來替代化石燃料是推動經濟和社會可持續發展的主要方向，但其面臨兩個重大挑戰，一是能源產生的效率問題，二是如何使能源輕量化和高性能化的問題。鋰離子電池雖然擁有較高的能量密度、長循環壽命和較寬的工作電壓窗口等優點，早在20世紀末就得到廣泛商用，但由于鋰在地殼中的儲量有限，使得金屬鋰的價格不斷升高，同時，鋰離子電池的能量密度和電池安全性也越來越難以滿足人們的需求，因此，有必要發展其他廉價、安全性更高的電池，來減少鋰離子電池的使用。鈉離子電池憑借鈉儲量豐富、安全性高和價格低廉等優勢被認為是下一代極具潛力的商用化電池。

近年來鈉離子電池受到廣泛研究，在陰極材料，陽極材料，電解液以及粘結劑方面都有諸多進展。然而，鈉離子半徑相較于鋰離子大，因此，對于陰極材料而言，需要有一個較大的離子擴散通道供給鈉離子的脫出和嵌入。層狀結構的Na_xCoO₂、Na_xMnO₂都被廣泛研究，除此之外，磷酸鹽化合物更是研究熱點。NaFePO₄、Na₃V₂(PO₄)₃、Na₂MPO₄F等都因為其較高的離子電導性和優異的儲鈉性能而受到額外關注。

NVPF作為氟磷酸根化合物的一種，同樣具備了磷酸根化合物的聚陰離子特性。[PO₄^-]四面體結構單元由很強的共價鍵緊密連接，將聚陰離子基團和過渡金屬的價電子隔離開來。從而調節過渡金屬氧化物氧化還原偶聯的能量，產生較高的工作電位。同時，獨特的NASICON結構帶來較寬的鈉離子嵌入脫出通道，在充放電過程中能維持結構的穩定。釩系磷酸鹽材料中過渡金屬離子的價態可以在較寬的范圍內變化，因此，可以通過多電子反應獲得較高的儲鈉容量。但 NVPF材料本身是低電導性和低離子傳導性的材料。

發明內容

為了解決現有技術中存在的技術問題，本發明提供了一種多孔六邊形 Na₃V₂(PO₄)₂F₃碳包覆微米球及其制備方法，其工藝簡單、符合綠色化學的要求，制得的表面改性的多孔六邊形Na₃V₂(PO₄)₂F₃碳包覆微米球材料具有優良的電化學性能。