[發明專利]一種氟磷酸釩鈉正極材料的制備方法、電池正極及電池

在審

• 申請號: 202210835297.8
• 申請日: 2022-07-15
• 公開（公告）號: CN115159493A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 余泓;王金金;杜乘風
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C01B25/455
• 分類號: C01B25/455;H01M4/136;H01M4/58;H01M10/054;B82Y40/00
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 云燕春

本發明一種氟磷酸釩鈉正極材料的制備方法、電池正極及電池，屬于電化學材料技術領域；所述氟磷酸釩鈉正極材料的制備方法為，步驟1：按化學計量比稱取釩源、鈉源、磷源、氟源，并將各組分配成一定濃度的溶液；步驟2：將步驟1得到的溶液轉移至密閉容器中，溫度設定在60～140℃范圍內、并保溫設定時間；步驟3：待步驟2結束后，密閉容器自然冷卻至室溫；步驟4：將步驟3所得固體產物收集，并用去離子水洗滌，最后經過干燥，即獲得氟磷酸釩鈉正極材料。本發明所合成的氟磷酸釩鈉材料分布均勻且尺寸為納米級別，納米尺寸的電極材料有利于電解液的充分浸潤，并有效縮短了電子轉移和離子傳輸的路徑。

技術領域

本發明屬于電化學材料技術領域，具體涉及一種氟磷酸釩鈉正極材料的制備方法、電池正極及電池。

背景技術

鋰離子電池具有較高的能量密度以及優異的循環穩定性，因而被廣泛應用于便攜式電子設備、電動汽車等領域。然而，分布不均勻且逐漸面臨枯竭的鋰資源限制了鋰離子電池的進一步發展和更大規模的應用。作為鋰離子電池的替代者，鈉離子電池因其豐富的鈉資源以及與鋰離子電池相似的電池組件和能量存儲機理而備受關注。作為鈉離子電池的重要正極材料，聚陰離子型氟磷酸鹽具有開放的三維框架結構，這賦予電極材料極高的穩定性和快速的鈉離子擴散和傳輸動力學。同時，結構中的強電負性氟賦予電池高的工作電壓，因而電池具有較高的能量密度。因此，氟磷酸鹽材料被認為是最具有應用前景的鈉離子電池正極材料之一。

然而，氟磷酸鹽材料較差的本征電子導電性導致電極的反應動力學遲緩，造成電池的倍率性能不盡人意，這嚴重制約了氟磷酸釩鈉正極的進一步發展和實際應用。

文獻“Li X,Jiang S,Li S,et al.Overcoming the rate-determining kineticsof the Na₃V₂O₂(PO₄)₂F cathode for ultrafast sodium storage by heterostructureddual-carbon decoration[J].Journal of Materials Chemistry A,2021,9(19): 11827-11838.”公開了一種鈉離子電池氟磷酸鹽正極材料的合成方法。該方法采用較高溫度水熱反應(180℃)并后續退火處理(550℃)獲得了雙碳包覆的氟磷酸鹽材料NVPOF@C/CNFs。通過雙碳包覆，電極材料的電化學性能獲得較大程度的提升和改善。但是該方法反應步驟多，反應時間長，能耗大且原料成本高，不利于規模化和工業化生產，因此該方法的局限性制約了其實際應用。

發明內容

要解決的技術問題：

為了避免現有技術的不足之處，本發明提供一種氟磷酸釩鈉正極材料的制備方法、電池正極及電池，解決了聚陰離子型鈉離子電池氟磷酸鹽正極反應動力學遲緩所導致的倍率性能差、以及現有制備該類材料的方法耗能大、耗時長、步驟繁瑣且原材料成本高等一系列問題，是一種簡單、短時且經濟環保的氟磷酸鹽正極的合成方法。

本發明的技術方案是：一種氟磷酸釩鈉正極材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下：

步驟1：按化學計量比稱取釩源、鈉源、磷源、氟源，并將各組分配成一定濃度的溶液；

步驟2：將步驟1得到的溶液轉移至密閉容器中，溫度設定在60～140℃范圍內、并保溫設定時間；

步驟3：待步驟2結束后，密閉容器自然冷卻至室溫；

步驟4：將步驟3所得固體產物收集，并用去離子水洗滌，最后經過干燥，即獲得氟磷酸釩鈉正極材料。

本發明的進一步技術方案是：所述步驟1中，釩源、鈉源、磷源、氟源按分子量配比為，V：Na：P：F＝2：3：2：1。

本發明的進一步技術方案是：所述步驟1中，釩源為氧化釩、乙酰丙酮釩或偏釩酸銨。