[发明专利]基于有机膦酸合成钠离子电池正极材料Na3

说明书

本发明提供了一种基于有机膦酸合成钠离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₃/氮掺杂碳及制备方法，首先将有机膦酸和钠源加适量去离子水搅拌溶解，得到澄清溶液A，将钒源溶解，得到澄清溶液B；将B溶液加入到上述A溶液中形成混合溶液C；在80℃～100℃下将C混合溶液加热搅拌至水分蒸干，将所得到的凝胶状物质放入烘箱中80℃～100℃下干燥5～12h；将所得固体研磨，在氩气保护下二次烧结得到产物。其中有机膦酸具有多重功能，即既充当的Na₃V₂(PO₄)₃中膦酸根的来源，又充当了氮源和碳源。相比于现有方法，本发明方法简单、易于控制、成本低，制备Na₃V₂(PO₄)₃/氮掺杂碳具有高的比容量、良好的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着社会能源结构的升级，可再生能源发电并网、分布式发电和智能电网等快速发展，开发大规模储能设备迫在眉睫。锂资源储量较低，价格较高，因而传统的锂离子电池不适用于大规模储能。而钠离子电池与锂离子电池具有相似的工作原理，但钠资源储量丰富、价格低廉。因此，钠离子电池被认为是下一代大规模储能技术的理想选择。然而，由于钠离子的半径远大于锂离子，传统的锂离子电池所用的电极材料大多不适用于钠离子电池。因此，开发新型的高性能电极材料是钠离子电池研究的主要方向之一。Na₃V₂(PO₄)₃正极材料由于具有成本低、安全性好、钠离子传导能力强、理论容量高等优点，而成为钠离子电池正极材料的主要选择之一。由于Na₃V₂(PO₄)₃本身电子电导率较低，通常需要碳包覆来改善其导电性。然而，当前Na₃V₂(PO₄)₃/碳材料制备所需原料种类多、批次稳定性差，这些对Na₃V₂(PO₄)₃/碳的规模化应用是十分不利的。

发明内容

针对现有钠离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₃存在的问题，本发明提出一种快速制备Na₃V₂(PO₄)₃/氮掺杂碳的方法，利用有机膦酸的多功能性，既充当Na₃V₂(PO₄)₃中膦酸根的来源，又充当氮源和碳源，减少了原料种类，简化了合成工艺，提升了批次稳定性，降低了成本。通过该方法得到的电极材料具有高的比容量、良好的循环稳定性和倍率性能。

一种基于有机膦酸合成钠离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₃/氮掺杂碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照钠:钒:膦酸根摩尔比为3:2:3称取有机膦酸、钠源、钒源，首先将有机膦酸和钠源加适量去离子水搅拌溶解，得到澄清溶液A，将钒源溶解，得到澄清溶液B；将B溶液加入到上述A溶液中形成混合溶液C；在80℃～100℃下将C混合溶液加热搅拌至水分蒸干，将所得到的凝胶状物质放入烘箱中80℃～100℃下干燥5～12h；

(2)将步骤(1)所得固体研磨，在300～400℃下，氩气保护下预烧结5～10h；自然冷却至室温，取出再次研磨，并在700～900℃下，氩气保护烧结8～12h，自然冷却得到产物。