[发明专利]一种磷酸钒钠钠离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储能材料与技术领域，更具体地，涉及一种磷酸钒钠钠离 子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

如今，能量的产生与储存已经成为在人类日常生活中重要的课题。在 众多的能量储存技术中，电池是一种非常重要也非常有前景的能量储存技 术。在便携移动产品中，锂离子电池(LIB)由于其较高能量密度、高电势 和环境友好的因素在可充放电池中占据主要地位。随着大型电力贮蔵技术 的发展，由于钠的资源较锂更为丰富，低成本的钠离子电池(SIB)更为适合 成为大型电网中的储能技术。

钠离子室温电池现在已被研究者们广泛关注。由于钠离子的半径比锂 离子的更大，因此找到稳定的且能够可逆地脱出与嵌入钠离子的主体材料 作为电极材料还较为困难。

到目前为止，只有较少的适用于钠离子电池并能进行脱出/嵌入反应的 钠离子电池正极材料。科研人员已广泛研究了层状Na_xCoO₂和Na_xMnO₂材 料，磷酸盐型的NaMPO₄(M＝Fe，Co，Ni，Mn)材料。然而，考虑到成本、 容量、循环性能和倍率性能问题时，相较于前面提到的材料，具有NASICON (钠超离子导体)结构的化合物是最具有研究价值的材料。Na₃V₂(PO₄)₃(磷 酸钒钠)作为一种很有潜力的钠离子正极材料已经得到研究者们的广泛研 究，这种材料具有开放的NASICON结构，这就有助于钠离子在材料的间 隙中能够可逆地快速地扩散而不引起晶体主体结构的较大体积变化。该特 性使Na₃V₂(PO₄)₃成为在高性能钠离子电池中一种非常有前景的正极材料。

作为钠离子电池正极材料，Na₃V₂(PO₄)₃的充放电电压平台在3.4V左右， 其平均电压比其他正极材料较高。科研工作者们通过非原位XRD技术研究 发现，Na₃V₂(PO₄)₃的储钠机理是一种典型的可逆的两相反应，在充放电过 程中其体积变化很小且保持着稳定的晶体结构。这种材料充电状态下也拥 有着良好的热稳定性，这就有助于电池的工作安全。但是，磷酸盐的电子 导电性差，因此在充放电过程中很难达到这种材料的理论容量。

因此，需要开发一种新型方法以改进Na₃V₂(PO₄)₃的电子导电性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种磷酸钒钠钠 离子电池正极材料及其制备方法，其目的在于，采用琼脂糖作为碳源，通 过溶胶—凝胶法来合成具有三维碳骨架的Na₃V₂(PO₄)₃/C材料。这种方法的 工艺简单，且最终合成的材料具有比表面积大、粒径尺寸小和碳层包覆均 匀的特点，从而使材料具有优良的电子导电性能。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种磷酸钒钠钠离 子电池正极材料，其特征在于，其包括三维碳骨架以及Na₃V₂(PO₄)₃复合颗 粒，其中，

所述Na₃V₂(PO₄)₃复合颗粒为核壳结构，其核部为Na₃V₂(PO₄)₃，其壳 部为碳层，所述碳层的厚度为1nm～4nm，所述Na₃V₂(PO₄)₃复合颗粒的粒 径为20nm～200nm，

所述Na₃V₂(PO₄)₃复合颗粒位于所述三维碳骨架的空隙中。