[發(fā)明專利]一種磷酸釩鈉碳復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111300358.2
• 申請日: 2021-11-04
• 公開（公告）號: CN113735092B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設計）人: 李哲東;符兵
• 申請（專利權）人: 中博龍輝裝備集團股份有限公司
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;C01B32/05;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權代理有限公司 33224
• 代理人: 沈金龍

本發(fā)明公開了一種磷酸釩鈉碳復合材料及其制備方法和應用。所述制備方法包括以下步驟：（1）將釩源、磷源、鈉源、碳源以及草酸溶于水中混勻制備前驅(qū)體溶液；（2）將前驅(qū)體溶液與乙二醇混勻后，在170~200℃下反應10~16小時，分離沉淀并干燥獲得中間產(chǎn)物；（3）將中間產(chǎn)物研磨后在惰性氣氛保護下煅燒獲得所述磷酸釩鈉碳復合材料，煅燒為兩步法煅燒，第一步溫度為300~350℃，時間為4~8小時；第二步溫度為750~850℃，時間為4~6小時。本發(fā)明復合材料為規(guī)則的球形顆粒，顆粒間相互連接形成疏松的多孔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于縮短鈉離子在磷酸釩鈉材料中的擴散路徑，此外碳材料也能改善磷酸釩鈉本征電導率不足的問題。

技術領域

本發(fā)明涉及鈉離子電池技術領域，特別是涉及一種磷酸釩鈉碳復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

鈉離子電池具有成本低廉，鈉資源豐富，提取技術成熟，安全性能好等優(yōu)點，被認為是理想的下一代儲能電池。鈉離子電池與鋰離子電池工作原理類似，電池工作時，鈉離子可逆的在正負極材料的晶體結(jié)構(gòu)中嵌入/脫出，實現(xiàn)充放電。盡管鈉離子電池具有上述優(yōu)勢，其商業(yè)化應用仍受困于尋找合適的鈉離子電池正負極材料。其中正極材料是限制鈉離子電池能量密度的關鍵材料之一。鈉離子電池常見的正極材料包括金屬氧化物NaMO₂氧化物，如NaCoO₂，NaMnO₂，NaFeO₂等，雖然他們具有較高的氧化還原電位，但由于鈉離子半徑比鋰離子要大得多，使得在嵌入脫出過程中結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)變，造成容量迅速下降。第二類研究較多的為聚陰離子型化合物，它們是基于磷酸鹽，氟磷酸鹽等形成聚陰離子骨架的化合物。典型的有NaFePO₄，這種材料與LiFePO₄相比可逆性較差，這是由于Na⁺嵌入會發(fā)生固溶體反應，生成新相，阻礙反應進一步發(fā)生，因此沒有像LiFePO₄一樣的自由遷移通道。另一類鈉超離子導體NASICON材料，也是一種具有典型三維骨架架構(gòu)的聚陰離子化合物，其中Na₃V₂(PO₄)₃是研究較為廣泛的一種NASICON材料，其具有高能量密度，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，較穩(wěn)定的工作平臺和較好的熱穩(wěn)定性，被認為是最具前景的正極材料。它的晶體結(jié)構(gòu)包括三方晶系與單斜晶系兩種。三方晶系的Na₃V₂(PO₄)₃晶體結(jié)構(gòu)中VO₆八面體角與PO₄四面體共角相連組成三維骨架。Na⁺可以沿著x，y，z軸三個方向擴散，因此離子的擴散系數(shù)較高。然而由于P-O鍵，V-O鍵的作用力較強，使得該材料的自由電子數(shù)較少，電子導電率低，材料在大電流充放電的倍率性能較差。