[发明专利]纳米片组装的Na3V2(PO4)3/C分级微米花电极材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料与电化学器件技术领域，具体涉及纳米片组装的Na₃V₂(PO₄)₃/C分级微米花及其制备方法，该材料可作为锂离子电池正极活性材料。

背景技术

锂电池是最有潜力的储能系统之一，已应用于便携式电子设备，但是对于更广阔的应用，例如电动汽车等，其循环性能和倍率性能需要进一步提高。纳米材料具有高的比表面积以及更好的活性，作为锂离子电池电极材料时与电解液接触面积大、锂离子脱嵌距离短，能有效提高材料的电活性，作为高功率锂离子电池电极材料时具有显著的优势。除此以外，分级结构可以有效地减少再循环过程中电极材料的自团聚现象。因此，研究基于新型纳米电极材料的大容量、高功率、长寿命、低成本锂离子电池是当前低碳经济时代锂离子电池研究的前沿和热点之一。

相对于锂金属氧化物，磷酸基电极材料具有卓越的电化学稳定性和热稳定性，为获得优越的循环性能提供了基础。其中Na₃V₂(PO₄)₃由于具有特殊的三维网络结构，其作为电极材料时具有较高的锂离子扩散速度，为获得优秀的倍率性能提供了条件，是十分具有应用潜力的锂离子电池正极材料之一。近年来，纳米Na₃V₂(PO₄)₃材料作为锂离子电池正极材料已被研究，但是纳米片组装的Na₃V₂(PO₄)₃/C分级微米花电极材料仍未报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供的，目的在于提出一种纳米片组装的Na₃V₂(PO₄)₃/C分级微米花的制备方法，该方法工艺简单，制备的Na₃V₂(PO₄)₃/C分级微米花具有优良电化学性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：纳米片组装的Na₃V₂(PO₄)₃/C分级微米花，其直径为1-2微米，由厚度为20-40纳米的Na₃V₂(PO₄)₃/C纳米片组装而成；采用以下方法制得，包括有以下步骤：

1)将五氧化二钒和草酸加入去离子水中，在70-90℃水浴搅拌30-60分钟，得到深蓝色的草酸氧钒溶液；

2)向步骤1)得到的溶液加入葡萄糖/蔗糖以及磷酸二氢钠，继续70-90℃水浴搅拌5-10分钟。

3)向步骤2)得到的溶液加入正丙醇，继续70-90℃水浴搅拌20-60分钟；

4)将步骤3)得到的混合物转移到烘箱中烘干即可得到纳米片组装的分级微米花前驱体；

5)将步骤4)得到的前驱体在管式炉中在氩气气氛中预烧和退火，自然冷却至室温即可得到纳米片组装的Na₃V₂(PO₄)₃/C分级微米花。

按上述方案，步骤1)所述的五氧化二钒为1mmol，草酸为3mmol，去离子水为10-20mL；步骤2)所述的葡萄糖/蔗糖为50-250mg，磷酸二氢钠的量为3mmol。

按上述方案，步骤3)所述的正丙醇为30-60mL。

按上述方案，步骤5)所述的预烧温度为350-400℃，时间为3-4小时；所述的退火温度为650-850℃，时间为8-12小时。

所述纳米片组装的Na₃V₂(PO₄)₃/C分级微米花的制备方法，包括有以下步骤：

1)将五氧化二钒和草酸加入去离子水中，在70-90℃水浴搅拌30-60分钟，得到深蓝色的草酸氧钒溶液；

2)向步骤1)得到的溶液加入葡萄糖/蔗糖以及磷酸二氢钠，继续70-90℃水浴搅拌5-10分钟。

3)向步骤2)得到的溶液加入正丙醇，继续70-90℃水浴搅拌20-60分钟；

4)将步骤3)得到的混合物转移到烘箱中烘干即可得到纳米片组装的分级微米花前驱体；