[發(fā)明專利]一種氮摻雜球形磷酸釩鈉/碳復(fù)合材料及其制備方法和鈉離子電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110774546.2
• 申請(qǐng)日: 2021-07-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113506875B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何文;李長(zhǎng)久;張旭東;徐小龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 海南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/62
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/62;H01M4/58;H01M4/136;H01M4/1397;H01M10/054
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王歡

本發(fā)明提供了一種氮摻雜球形磷酸釩鈉/碳復(fù)合材料及其制備方法和鈉離子電池，本發(fā)明使用復(fù)合天然多糖，充分利用各自的性能與結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)吸附、螯合、聚集、水熱與溶劑熱反應(yīng)，使其發(fā)生交聯(lián)聚合，經(jīng)碳熱還原熱處理制備得氮摻雜球形磷酸釩鈉/碳復(fù)合材料，用作鈉離子電池正極材料，其放電電壓容量、倍率和循環(huán)性能優(yōu)異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈉離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氮摻雜球形磷酸釩鈉/碳復(fù)合材料及其制備方法和鈉離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池(LIBs)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是鋰資源匱乏及其特性使得電池成本高、安全性低。而鈉資源豐富且其與鋰具有相似的化學(xué)性質(zhì)，這使得鈉離子電池有可能取代鋰離子電池并具有很大應(yīng)用前景，已引起人們的廣泛關(guān)注與研究，其中磷酸釩鈉(NVP)正極材料就是研究熱點(diǎn)之一，它具有高的理論比容量(117.6mAh g^-1)，電壓平臺(tái)平穩(wěn)，安全性高，資源豐富，成本低，應(yīng)用潛力大，但是鈉離子尺寸大、離子擴(kuò)散傳輸慢、導(dǎo)電性差、電化學(xué)性能低等缺點(diǎn)嚴(yán)重制約著它的應(yīng)用。

WenChao Duan等人以V₂O₅，NH₄H₂PO₄，Na₂CO₃和抗壞血酸為原料通過(guò)水熱輔助的溶膠-凝膠法合成了NVP/C納米復(fù)合材料，將其用作鈉離子電池正極材料時(shí)，在1C的倍率下放電容量可以達(dá)到94.9mAh g^-1，循環(huán)700圈后容量保持率達(dá)到96.1％，但是其倍率等性能低，結(jié)構(gòu)較差，分散性不均勻，所以在充放電過(guò)程中結(jié)構(gòu)容易坍塌。專利文獻(xiàn)CN201711057052.2公布了一種通過(guò)溶膠-凝膠法制備磷酸釩鈉的方法，通過(guò)包覆了一層碳的磷酸釩鈉顆粒包裹于第二層碳網(wǎng)中，形成雙層碳結(jié)構(gòu)的磷酸釩鈉復(fù)合材料，將其用作鈉離子電池正極材料時(shí)，在2C的低倍率下放電容量也只為95.8mAh g^-1。專利文獻(xiàn)CN105336924A公布了一種通過(guò)球磨和噴霧干燥相結(jié)合的方法制備碳包覆磷酸釩鈉的方法，使用葡萄糖作為還原劑和碳源，水為分散劑，將NH₄VO₃、NaH₂PO₄·2H₂O和葡萄糖在水中進(jìn)行球磨，經(jīng)過(guò)噴霧干燥，煅燒后制得碳包覆的磷酸釩鈉正極材料，作為鈉離子電池正極時(shí)，在1C的倍率下首次放電容量為93.5mAh g^-1，循環(huán)了50圈后容量保持率為97.7％，但其制備過(guò)程復(fù)雜，其性能也較低。因此，目前急需開(kāi)發(fā)具有優(yōu)良性能的鈉離子電池正極材料。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種氮摻雜球形磷酸釩鈉/碳復(fù)合材料及其制備方法和鈉離子電池，該方法制備的復(fù)合材料作為正極電極極片具有優(yōu)異的比容量、高倍率和循環(huán)穩(wěn)定性。

本發(fā)明提供了一種氮摻雜球形磷酸釩鈉/碳復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

將殼聚糖的酸溶液和含天然多糖的水溶液混合，得到復(fù)合糖溶液；

將鈉源、釩源和磷源與所述復(fù)合糖溶液混合，攪拌，反應(yīng)后再加入添加劑，得到混合物；

將所述混合物水熱反應(yīng)，分離，水洗，得到濕沉淀物；

將所述濕沉淀物進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，分離，洗滌后干燥，得到前驅(qū)體粉末；

將所述前驅(qū)體粉末在惰性氣氛下熱處理，冷卻，得到氮原位摻雜球形磷酸釩鈉/碳復(fù)合材料。

優(yōu)選地，所述天然多糖選自海藻酸鈉、淀粉、木糖醇和羧甲基纖維素中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述殼聚糖的酸溶液中殼聚糖的質(zhì)量濃度為0.2～0.4％；

所述含天然多糖的水溶液中天然多糖和水的質(zhì)量體積比為(0.5～0.8)g:100mL；