[发明专利]一种NaVPO4F/C复合材料及其制备方法

说明书

一种3D多孔NaVPO₄F/C复合材料及其制备方法，将一定量的阳离子表面活性剂溶于酒精和水的混合溶液中，常温搅拌1~4h，得Ⅰ液；将钒源和一定量的还原剂加入I液中，常温搅拌1~4h，得Ⅱ液；将钠源、磷源和氟源加入Ⅱ液中，常温搅拌6~24h，80℃干燥10~48h，得到碳包覆的NaVPO₄F前驱体；然后在非氧化性气氛中加热到700~800℃，恒温2‑12h，即得3D多孔NaVPO₄F/C复合材料。本方法具有合成周期短，合成条件控制简便，合成方法简单，易于大规模生产的优点，并且得到的材料形貌均一，呈3D多孔状。

技术领域

本发明属于钠离子电池正极材料领域，涉及一种氟磷酸钒钠(NaVPO₄F)材料的制备及其在钠离子电池领域的应用。

背景技术

随着电动汽车市场的发展，锂离子电池得到空前的发展。钠离子电池由于钠储量丰富、成本低廉，近年来逐渐成为能源领域的研究热点。钠离子电池具有与锂离子电池相似的物理化学性质和相似的储存机制，又因为钠和铝之间没有合金化反应，所以钠离子电池的正负极集流体均可使用价格相对低廉的铝箔，从而进一步降低钠离子电池的成本。在电子消费品领域，钠离子电池很难与锂离子电池竞争，但是作用于储能设备用于电网，钠离子电池则具有天然的优势和潜力。

氟磷酸钒钠NaVPO₄F是一种新型聚阴离子型材料，结构稳定，存在四方晶系和单斜晶系两种结构，属于钠离子电池正极材料。首次由J.Barker于2002年合成四方晶系的NaVPO₄F，并且使用锂片做对电极，应用于混离子电池，0.1C首次的充放电比容量分别为101mAh/g和95mAh/g，充放电电压平台分别在3.88/3.85V和4.43/4.39V；材料本身的离子电导率和电子电导率较低，导致材料放电比容量和循环性能较差。Maowen Xu等通过添加维生素C作为碳源和还原剂，利用水热法一步高温合成NaVPO₄F/C复合材料，800℃氩气中保温6h制得碳包覆的NaVPO₄F。合成出的材料均为单斜晶系，碳含量为1.4％，0.1C倍率下首次放电容量为101mAh/g，0.5C倍率下放电比容量为82mAh/g。该方法工艺繁琐，操作复杂，并且制备的材料颗粒较大，碳包覆不均匀，导致电池倍率性能不佳等缺点。

目前，中国专利CN103594716A公开了一种溶胶凝胶法两步高温固相法制备碳包覆的钠离子电池正极材料NaVPO₄F，通过将一定比例的钒源、磷源和碳源溶于水中，进行加热搅拌形成绿色溶胶，真空干燥后在650～850℃、惰性气氛下煅烧2～10h，得到VPO₄，再将一定比例的NaF进行固相混和，于650～850℃、惰性气氛下煅烧2～10h，得到NaVPO₄F/C。该方法制备的材料在0.05C下放电容量为112mAh/g，0.2C下放电容量仅为0.05C的62.6％，材料的倍率性能较差。该方法操作复杂，流程较长，能耗较高。因此，提高放电比容量，改善倍率性能，可使其在钠离子电池正极上的应用成为可能，开发和优化NaVPO₄F材料的合成方法显得非常有必要。

发明内容

本发明要解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种低成本的钠离子电池正极材料NaVPO₄F/C的制备方法，提高其放电比容量，改善其倍率性能。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种3D多孔NaVPO₄F/C复合材料，其特征在于，原料包含阳离子表面活性剂、钒源、还原剂、钠源、磷源和氟源。

一种3D多孔钠离子电池正极材料NaVPO₄F/C的制备方法，包括以下步骤：