[发明专利]一种氟磷酸钒氧钠/石墨烯复合物的制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种氟磷酸钒氧钠/石墨烯复合物的制备方法和用途，该氟磷酸钒氧钠/石墨烯复合物为多孔亚微米球结构，球结构包括若干纳米片，纳米片之间存在孔隙；制备方法包括：将氧化石墨烯分散在去离子水中得到氧化石墨烯水溶液；且将乙酰丙酮钒、磷酸、氟化钠、乙醇和丙酮按预设比例混合均匀后得到混合溶液；将氧化石墨烯水溶液与混合溶液按设定比例混合后置于温度为120℃的高压釜中进行水热反应；将经水热反应后的产物依次洗涤、离心和烘干，获取氟磷酸钒氧钠/石墨烯复合物；由于氟磷酸钒氧钠/石墨烯复合物的导电性良好同时结构稳定，因此，适宜应用于钠离子电池的正极材料。

技术领域

本发明属于无机 材料制备领域，更具体地，涉及一种氟磷酸钒氧钠/石墨烯复合物的制备方法和用途。

背景技术

可持续的能源生产对于实现可持续发展战略有着十分重大的意义，传统化石燃料的迅速消耗以及其过度使用所带来的日益严重的环境问题进一步刺激了可再生能源的使用。然而在可再生能源的使用上，成本和有效的能量存储系统特别是大规模储能系统依然存在着巨大的挑战。电化学储能系统具有灵活性好、能量转换效率高、维护简单等优点，是最有前景的储能系统，其中锂离子电池具有较高的能量密度和功率密度已经成功商业化，占据了大部分便携式电子设备的市场，然而有限的锂资源所带来的原材料供应不足以及成本的增加势必会限制其在大规模储能中的应用。相比于锂资源在地球上的有限储量且不均匀的分布，钠盐大量存在于地壳和海水中，且有着与锂相似的物理化学性质，因此钠离子电池有望应用在大规模储能中并降低储能成本。

正极材料是制约钠离子电池大规模发展的关键因素，也是其成本的主要决定因素。合适的钠离子电池必须具有较高的氧化还原电位及比容量、足够的钠离子扩散通道、结构稳定、较高的电化学活性和电化学稳定性等优点。作为典型的钠离子电池正极材料，聚阴离子型氟磷酸盐能提供离子传导的二维通道，有着很好的离子导电性以及稳定的三维骨架结构。氟磷酸钒氧钠作为钠超离子导体中的一员，具有电压平台高、理论比容量高、循环性能好等优点，因此是一种很有潜力的钠离子电池正极材料。但是通常氟磷酸盐导电性都很差，电导率只有10^-12西门子/厘米，这极大地限制了其进一步的实际应用，尤其是在需要大电流充放电的大规模储能领域。

现有技术主要采取碳包覆或者贵金属包覆等策略来提高材料的导电性，这些策略有所成效但改善程度有限，这主要归因于不均匀的尺寸分布和纳米颗粒的严重团聚所导致的不良的电解液渗透以及复合材料大的界面阻抗，同时材料与包覆层之间的界面不稳定，在钠离子嵌入/脱出过程中氟磷酸钒氧钠的体积变化使得包覆层与材料脱离也会导致导电性变差。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种氟磷酸钒氧钠/石墨烯复合电极材料的制备方法和用途，旨在解决现有的氟磷酸钒氧钠导电性差的问题。

为实现上述目的，本发明其一提供了一种氟磷酸钒氧钠/石墨烯复合物，其形貌为多孔亚微米球结构，球结构包括若干纳米片，纳米片之间存在孔隙；

优选地，多孔亚微米球结构的直径从纳米级到微米级；

优选地，多孔亚微米球结构的尺寸大小通过石墨烯的比例调节；

本发明其二提供了一种氟磷酸钒氧钠/石墨烯复合物的制备方法，包括：

(1)将石墨烯分散在去离子水中得到氧化石墨烯水溶液；

且将三价钒化合物、磷酸/磷酸化合物、氟化钠、乙醇和丙酮按预设比例混合均匀后得到混合溶液；

(2)将氧化石墨烯水溶液与混合溶液按设定比例混合后置于温度为120℃的高压釜中进行水热反应；

(3)将步骤(2)中经水热反应后的产物依次洗涤、离心和烘干，获取氟磷酸钒氧钠/石墨烯复合物。

优选地，上述步骤(1)中的混合溶液为：乙酰丙酮钒，磷酸，氟化钠，乙醇和丙酮；