[發明專利]一種氟磷酸氧釩鈉單晶陣列自支撐電極及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210776115.4
• 申請日: 2022-07-04
• 公開（公告）號: CN115084435A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 李龍;朱小龍;丁書江;孫澤慧;李雁淮;宋忠孝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/136;H01M4/1393;H01M4/1397;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 強宏超

1.一種氟磷酸氧釩鈉單晶陣列自支撐電極的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

1)將一維碳材料和分散劑加入到超純水中采用細胞破碎儀將碳納米管高能超聲均勻分散在溶液中；

2)將步驟1)中均勻分散的一維碳材料混合溶液抽濾成膜，并使用超純水多次清洗，將一維碳材料薄膜轉移并干燥；

3)按照元素比Na:V:P:F＝3:2:2:x取鈉源、釩源、磷源和氟源，并取碳源，x取值為1-3；

4)將釩源和碳源加入到超純水的燒杯中形成溶液，將該溶液升溫攪拌直至溶液顏色變為淺綠色；再將鈉源、氟源和磷源加入到以上溶液中繼續攪拌混合均勻，得到前驅體溶液；碳源被用作還原劑，將V⁵⁺還原為V³⁺，碳源含量為將五價或者四價釩還原成三價釩所需量的105％～130％；

5)將步驟2)得到的碳材料薄膜和步驟4)得到的前驅體溶液轉移到水熱釜中，升溫至120～200℃，恒溫1h～50h后自然冷卻至室溫，得到氟磷酸氧釩鈉單晶陣列自支撐材料；

6)將步驟5)得到的氟磷酸氧釩鈉單晶陣列自支撐材料在惰性氣氛下，以2℃/min～10℃/min的升溫速率加熱至300℃～800℃，恒溫0.1h～10h后自然冷卻至室溫，得到無定形碳包覆的氟磷酸氧釩鈉單晶陣列自支撐電極。

2.根據權利要求1所述的氟磷酸氧釩鈉單晶陣列自支撐電極的制備方法，其特征在于：所述步驟1)中的一維碳材料為碳纖維、多壁碳納米管和單壁碳納米管中的一種或多種；分散劑為十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、吐溫80、曲拉通100和聚乙烯吡咯烷酮中的一種或多種。

3.根據權利要求1所述的氟磷酸氧釩鈉單晶陣列自支撐電極的制備方法，其特征在于：所述步驟3)中釩源為偏釩酸銨、五氧化二釩和硫酸氧釩的一種或多種；所述的磷源為磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸鈉和磷酸銨中的一種或多種；所述的碳源為甲酸(HCOOH)、沒食子酸(C₇H₆O₅·H₂O)、草酸(H₂C₂O₄·2H₂O)、酒石酸(C₄H₆O₆)、蘋果酸(C₄H₆O₅)、檸檬酸(C₆H₈O₇·H₂O)和EDTA(C₁₀H₁₆N₂O₈)中的一種或多種。

4.根據權利要求1所述的氟磷酸氧釩鈉單晶陣列自支撐電極的制備方法，其特征在于：所述步驟4)中第一次攪拌的速度為100～800r/min，攪拌溫度為40～100℃，攪拌時間為0.1～6h。

5.根據權利要求1所述的氟磷酸氧釩鈉單晶陣列自支撐電極的制備方法，其特征在于：所述步驟4)中所述的鈉源為氟化鈉、氯化鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉、硫酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸鈉和硝酸鈉中的一種或多種；所述的氟源為氟化鈉、氟化銨、氟化鉀和氟化鎂中的一種或多種。

6.根據權利要求1所述的氟磷酸氧釩鈉單晶陣列自支撐電極的制備方法，其特征在于：所述步驟6)中惰性氣氛為氬氣和氮氣中的一種或兩種。

7.一種根據權利要求1-6任一項所述的制備方法制備得到的氟磷酸氧釩鈉單晶陣列自支撐電極。

8.根據權利要求7所述的氟磷酸氧釩鈉單晶陣列自支撐電極，其特征在于：電極為無定形碳包覆氟磷酸氧釩鈉單晶的陣列結構，碳膜作為氟磷酸氧釩鈉陣列原位生長基底和四方柱狀氟磷酸釩鈉單晶一端相互嵌入復合。

9.一種如權利要求8所述的氟磷酸氧釩鈉單晶陣列自支撐電極在鈉離子電池中的應用。