[發明專利]一種聚吡咯包覆摻碳磷酸釩鈉正極材料、其制備方法及用途

在審

• 申請號: 202111589934.X
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114300660A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 李宗麟;孟昭揚;曾繁武;郝琦
• 申請（專利權）人: 大連博融新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/60;H01M10/054;C01B25/37
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本發明提供一種聚吡咯包覆摻碳磷酸釩鈉正極材料、其制備方法及用途。聚吡咯包覆摻碳磷酸釩鈉正極材料的制備方法包括以下步驟：將釩源分散于水中，再加入碳源攪拌均勻；加入磷源，反應后干燥、研磨，在惰性氣氛下高溫煅燒得到VPO₄/C；將VPO₄/C與Na₃PO₄混合在惰性氣氛下煅燒得到摻碳磷酸釩鈉；將摻碳磷酸釩鈉、表面活性劑、吡咯單體和溶劑混合；再將混液置于超聲器中在超聲狀態下逐滴滴加氧化劑溶液，然后置于水浴鍋中反應，烘干得到聚吡咯包覆摻碳磷酸釩鈉正極材料。該方法具有工藝路線簡單、操作容易、耗能低，能實現規模化生產的優點；且制備出的摻碳磷酸釩鈉產品一致性好，粒度均勻，倍率性能優異。

技術領域

本發明涉及正極材料技術，尤其涉及一種聚吡咯包覆摻碳磷酸釩鈉正極材料、其制備方法及用途。

背景技術

釩基磷酸鹽Na₃V₂(PO₄)₃具有三維開放的離子遷移通道和聚陰離子結構，有利于鈉離子的擴散和脫嵌時的晶體結構穩定，作為鈉離子電池的正極材料，具有能量密度高、功率密度高、穩定性好等優點成為了近年的研究熱點之一。但正如其他聚陰離子型化合物一樣，其本征電子電導率較低，同時由于制備方法不成熟等問題帶來的體相電子和離子傳遞阻力過大等缺陷，極大地限制了材料的實際比容量、倍率性能及穩定性等。

摻碳是一種提升材料導電性的有效手段，可以明顯提升磷酸釩鈉的倍率性能。目前摻碳Na₃V₂(PO₄)₃/C的合成方法以固相碳熱還原法為主，先將鈉源、釩源、碳源和磷源按化學計量比加入到球磨罐中，采用乙醇作為溶劑濕法高速球磨，球磨后烘干樣品，最后在惰性氣氛下高溫燒結，即得到了摻碳的Na₃V₂(PO₄)₃/C樣品。這種固相法所合成出的顆粒形狀不規則，不利于大電流充放電；高速球磨能耗較大，大規模生產將增加合成成本；為了保證V⁵⁺全部還原成V³⁺，必須加入過量碳源，造成原料浪費；同時僅靠碳源來提高材料的倍率性能已局限了鈉離子電池的快速發展。

發明內容

本發明的目的在于，針對目前摻碳磷酸釩鈉合成方法不合理，導致摻碳磷酸釩鈉顆粒形狀不規則、原料浪費、生產能耗大和倍率性能提升不明顯的問題，提出一種聚吡咯包覆摻碳磷酸釩鈉正極材料的制備方法，該方法具有工藝路線簡單、操作容易、耗能低，能實現規模化生產的優點；且制備出的摻碳磷酸釩鈉產品一致性好，粒度均勻，倍率性能優異。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種聚吡咯包覆摻碳磷酸釩鈉正極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、將釩源分散于水中，再加入碳源攪拌均勻；

步驟2、加入磷源，在50℃-100℃下攪拌1-5小時(優選的70℃-90℃下攪拌2.5-3.5小時)，干燥；

步驟3、干燥后研磨，在惰性氣氛下高溫煅燒得到VPO₄/C；

步驟4、將VPO₄/C與Na₃PO₄混合，在惰性氣氛下煅燒得到摻碳磷酸釩鈉；

步驟5、將摻碳磷酸釩鈉、表面活性劑、吡咯單體和溶劑混合；再將混液置于超聲器中在超聲狀態下逐滴滴加氧化劑溶液，逐滴滴加氧化劑溶液可使氧化劑擴散更完全，防止局部濃度過高；然后置于恒溫0℃-40℃水浴鍋中反應15-30小時(優選的0℃-15℃水浴鍋中反應20-25小時)，再置于真空烘箱，真空烘箱干燥時間短，能防止有機物蒸發排放，防止與空氣中氧氣發生副反應，烘干材料表面水分即可得到聚吡咯包覆摻碳磷酸釩鈉正極材料。