[发明专利]一种钠离子电池电极材料磷酸钒铁钠复合材料的制备方法

说明书

本发明的目的在于，制备一种钠离子电池电极复合材料，其具有较好的性能表现，且这种材料的制备工艺简单，成本低廉，具有较好的应用前景，主要有以下步骤：1）将钒源、钠源、磷源、铁源按一定比例混合均匀，将混合物置于高能球磨罐中进行球磨初步反应；结束后，再将混合物转移至气氛炉中进行煅烧处理，得到磷酸钒铁钠电极材料；2）向上述得到的磷酸钒铁钠电极材料中加入适量的尿素，使用玻璃棒将其混合均匀，经研钵研磨后再至于管式炉中进行掺氮热处理，得到氮掺杂的磷酸钒铁钠电极材料；3）向上述得到的氮掺杂的磷酸钒铁钠电极材料中加入适量的碳源，在惰性气氛下进行烧结，即可得到最终产物‑碳包覆氮掺杂磷酸钒铁钠电极材料。

技术领域

本发明涉及二次电池正极材料制备领域，具体涉及一种钠离子电池的电极材料-磷酸钒铁钠复合材料的制备方法。

背景技术

1997年，德州大学Goodenough等人在专利US5910382中公开了一种锂电池正极材料-磷酸铁锂，其是以橄榄石结构为主的一维隧道结构材料，具有良好的充放电平台、安全性能和循环性能，但是由于磷酸铁锂只能允许锂离子在一个方向上移动，而这一通道极易受到晶格中杂质或位错的影响而被堵塞，使得磷酸铁锂的导电性和电流倍率特性较差，此外，近年来，随着锂矿的日益稀缺，使得这种正极材料的成本也随之飞涨。为此，需要开发一种新型的电极材料来解决这一问题，进而，钠离子电池应用而生。

钠离子电池具有容量高和多电压平台的优势，对钠离子电池来说，具有优良性能的材料是它的基本组成单元，钠离子电池对这些材料有一定的要求，例如，正极材料要有高的开路电压、长的循环寿命，大的可逆容量；负极材料也要有好的安全稳定性、长的循环寿命、令人满意的可逆容量，且能够进行快速的充电或放电；电解液要求有好的安全稳定性、高的分解电压、高的离子电导率、低的粘度系数、稳定的电化学性能、丰富的资源和低廉的成本等；隔膜要求有一定的离子穿透性，允许钠离子通过，具有一定的机械强度和耐氧化性等。其中，电极是电池的核心组成部分，主要由活性物质、导电骨架、粘接剂和集流体等组成，直接决定了钠离子电池的储能性能好坏。

作为钠离子电池正极材料的一种，磷酸钒钠由于其具有钠超离子导体NASICON结构以及热稳定性好等优点，引起了广泛的研究。但是磷酸钒钠导电性差的特点，使得其倍率性能很差，因此有必要对磷酸钒钠进行改性提高其导电性，以改善它的电化学性能。Chen等人以“Carbon coated Na₃V₂(PO₄)₃ as novel electrode material for sodium ionbatteries”为题，在2012年首先使用碳包覆对磷酸钒铁钠进行改性，从而大大的提高了它的电化学性能，其电压高达3.4V，比容量为93mAh/g。

发明内容

本发明的目的在于，制备一种钠离子电池电极复合材料，其具有较好的性能表现，且这种材料的制备工艺简单，成本低廉，具有较好的应用前景。

本发明中钠离子电池电极复合材料具体是指一种碳包覆的氮掺杂磷酸钒铁钠，标记为：Na₂FeV₂(PO₄)₃-N@C。本发明制备的Na₂FeV₂(PO₄)₃-N@C电极材料具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，这有利于电极材料与电解液的浸润和接触，在组装成电池时，表现出很好的电化学性能，同时，该材料由于具有碳和氮的双掺杂组分，其具有很好的导电性和结构稳定性，与未进行改性的电极材料相比，展现出更高的充放电容量和更好的循环稳定性。

具体的，本发明的目的通过以下方法实现：

一种钠离子电池电极材料磷酸钒铁钠复合材料的制备方法：

1）将钒源、钠源、磷源、铁源按一定比例混合均匀，将混合物置于高能球磨罐中进行球磨初步反应；结束后，再将混合物转移至气氛炉中进行煅烧处理，得到磷酸钒铁钠电极材料；