[发明专利]一种钠离子电池正极FePO4/Graphene复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池材料，特别涉及一种钠离子电池正极FePO₄/Graphene复合材料制备方法。

背景技术

近年来，由于环境问题日益严重，能源危机，新能源的开发利用与储能技术的发展成为人类共同面对的问题。锂离子电池因其优异的性能，已经广泛的应用于便携式数码产品。未来，锂离子电池因长使用寿命，高比能量等优点而受到储能领域工作者的重视。然而，锂离子电池应用于储能领域还面临着一些挑战。首先，地球上锂源储量是有限的，金属锂的价格会随着锂离子电池大规模应用而逐渐上升，其次，开发出理想的电极材料进一步提高其性能显得尤为重要。

与锂处在同一主族的钠，与锂有着相似的化学性质。钠离子电池与锂离子电池有着相似的原理，重要的是钠在地球上的储量远高于锂。钠离子电池的技术瓶颈突破以后，必然表现出更广阔的应用前景。目前，许多关于钠离子正极材料的研究工作被相继报道，如Na_xCoO₂， Na_0.44MnO₂，Na_0.6MnO₂，NaCrO₂，Na_xVO₂，Na₃V₂(PO₄)₃，Na₃V₂(PO₄)₂F₃，Na₃V₂O₂(PO₄)₂F，Na₂FePO₄F，NaFeF₃等，但这些正极材料的性能仍然不能满足钠离子电池的工业化应用的要求。开发出理想的电极材料是钠离子电池工业化的关键。

铁基正极材料NaFePO₄作为钠离子电池正极材料，已有相关的报道。在充放电过程中，Na+可逆脱嵌，实际上对应的是NaFePO₄与FePO₄两相相互转化。理论上，FePO₄也可以作为钠离子电池正极材料。FePO₄作为电极材料具有许多优点。首先，铁三价化合物作为原材料来源丰富，成本低，易获取；其次，FePO₄的化学合成过程简单，环境友好以及不需要惰性气体保护；最后，FePO₄具有高达178 mAh/g的理论比容量。然而，FePO₄和LiFePO₄一样，也存在电子导电性差和离子扩散系数低等缺点，研究人员用了很多方法来提高FePO₄材料的电子导电性和离子扩散系数，例如纳米化，负载MCNT，金属阳离子掺杂等等。但是，所取得效果并不令人满意。

自英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)在2004年首次成功地从石墨中分离出石墨烯（Graphene）并证实它可以单独存在以来。因其优异的电子导电性和二维结构，已广泛应用于提高电极材料电化学性能。然而，目前绝大多数报道的都集中在将活性材料负载在表面修饰过后的石墨烯上。一般类似这样的方法比较复杂，而且改性后石墨烯导电性能会明显下降。如何通过一种简单的合成方法，将纳米FePO4颗粒原位负载在石墨烯上，合成出性能优异的FePO4/Graphene复合材料是本发明所要解决的问题。

发明内容

本发明是针对现在的正极材料的性能仍然不能满足钠离子电池的工业化应用要求的问题，提出了一种钠离子电池正极FePO₄/Graphene复合材料制备方法，通过微乳液的方法，一步合成FePO₄/Graphene复合材料。FePO₄纳米球形颗粒通过非共价健均匀的单层的负载在石墨两面。作为钠离子电池正极材料，因为其独特是的类似三明治结构，石墨烯的存在大大提高了电子传导速率。此外，FePO₄纳米结构也增大了电极材料表面积，提高了Na⁺离子可逆脱嵌速率。FePO₄/Graphene复合材料作为钠离子电池正极材料表现出优异的电化学性能。