[发明专利]一种高功率高稳定的钠离子电池阴极材料的制备方法

说明书

一种高功率高稳定的钠离子电池阴极材料的制备方法，按Na₃V₂(PO₄)₂F₃化学计量比，将钠盐、钒盐、碳源、氟盐、磷酸盐及氧化石墨烯分别在超纯水中溶解，接着将各自的超纯水溶液混合均匀，烘干后，于保护气氛下在300～450℃下预烧2～8小时，再于500～800℃下煅烧2～12小时，得到高功率高稳定的钠离子电池阴极材料；其中，钠离子电池阴极材料中碳质量含量为钠离子电池阴极材料重量的2～8％；氧化石墨烯的用量为钠盐、钒盐、碳源、氟盐以及磷酸盐总重量的0.02％～9％。本发明工艺路线简单、操作容易、生产周期短、生产成本低、含碳量较少等优点，而且改善其循环和倍率性能显著，适合于实际应用和规模化生产。

技术领域

本发明涉及钠离子电池阴极材料的新型制造方法，特别涉及一种高功率高稳定的钠离子电池阴极材料的制备方法。

背景技术

聚阴离子型钠离子电池阴极材料作为非常有潜力的动力电池材料而得到广泛的研究。它具有工作电压高、能量密度高、稳定性高、自放电小、无记忆效应等优点。但是，聚阴离子型阴极材料的容量保持率较差，即随着电池的充放电的次数增加，其放电容量逐渐减小；倍率性能也较差，即在大电流充放电情况下，放电容量较低，且容量保持率也较差。

为了改善阴极材料的容量保持率，提高电池的使用寿命，研究者采用了各种不同的方法来改性阴极材料,主要包括表面包覆和纳米化。

(1)表面包覆：2006年，J.-M.Le Meins等人通过两步碳热还原法首次合成Na₃V₂(PO₄)₂F₃【J.Solid State Chem.148(1999)260-277】。2014年，纪效波等人通过一步碳热还原法制备出单相的Na₃V₂(PO₄)₂F₃材料，在1.6-4.6V电压窗口0.91C倍率下初始放电容量达111.6mAh·g^-1，循环50周以后保持率为97.6％【J.Power Sources 256(2014)258-263】。2015年，杜菲等通过溶胶凝-胶法得出了碳包覆的Na₃V₂(PO₄)₂F₃纳米颗粒，提高了表面材料电子导电率的同时减少了离子和电子的传输距离，在2.0-4.3V电压窗口0.5C倍率下初始放电容量高达132mAh·g^-1，较大地提高了材料的倍率性能【J.Mater.Chem.A 3(2015)21478-21485】。

(2)纳米化：2016年，赵君梅课题组通过低温pH调节法制备出花瓣状的Na₃V₂(PO₄)₂F₃纳米颗粒，减少了电子和离子传输距离，提高了材料的电子和离子电导率，在2.5-4.3V电压窗口0.2C倍率下首圈容量为105.4mAh·g^-1，500圈循环以后保持率高达94.5％【J.Mater.Chem.A 4(2016)7178-7184】。刘强等人用模板法制备了核双层碳包覆的Na₃V₂(PO₄)₂F₃纳米颗粒,双层碳包覆增加了材料的电子电导率，纳米化的颗粒减小了电子和离子在颗粒内的传输距离，改性后的材料表现出了极好的循环和倍率性能。在100C倍率下材料的容量仍可达到63mAh·g^-1，在全电池循环10C倍率下1000圈后保持率为70.4％【ACSAdv.Mater.Interfaces,2016】。