[发明专利]一种含钒矿料制备钠离子电池氟磷酸钒钠/碳复合正极材料的方法及制得的正极材料

说明书

本发明属于钠离子电池正极材料制备领域，具体涉及一种含钒矿料制备钠离子电池氟磷酸钒钠/碳复合正极材料的方法，将含钒矿料与钠化剂经钠化焙烧，随后碱浸，得富集有VO₃‑的浸出液；向浸出液中添加磷源、还原改性剂，预反应后再通过喷雾干燥，得到球形有机物修饰的改性磷酸钒；将氟源、钠源、改性磷酸钒混合得混合物，随后在保护性气氛、600～800℃下烧结，即得钠离子电池氟磷酸钒钠/碳复合正极材料。本发明创新地通过钠化焙烧‑碱浸获得钒源，并将所述的钒源和磷源、还原改性剂通过喷雾干燥成具有球型形貌以及表面有机物修饰的改性磷酸钒，再和氟源、钠源混合焙烧，如此可以出人意料地显著提升制得的材料的初始容量表现和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及钠离子电池正极材料制备领域，具体涉及一种利用钒铁矿中炉渣制备电池级氟磷酸钒钠的方法。

背景技术

锂离子电池作为一种占据社会主导地位的电化学储能器件，已经在便携式电子产品(笔记本电脑，智能移动装备，平板电脑等)、电动汽车和即插式混合动力电动车中取得了良好的应用。同时，钠离子电池由于钠资源蕴藏量丰富、环境友好也受到了广泛关注，钠离子电池的研究开发在一定程度上可缓和因锂资源短缺引发的电池发展受限问题，被认为是下一代电动汽车动力电源及大规模储能电站配备电源的理想选择。

为满足实际应用需求，高电压，高能量密度是钠离子电池正极材料的的发展方向。相比于氧化物体系和普鲁士蓝类似物体系，聚阴离子型钠离子电池正极材料由于聚阴离子的诱导效应，表现出更高的电压。且聚阴离子型材料由于具有开放的离子扩散通道，且材料结构稳定性及热稳定性高，极具应用前景。目前，磷酸钒钠、磷酸钒锰钠、磷酸钒钛钠等NASICON型正极材料、焦磷酸铁钠、焦磷酸锰钠以及焦磷酸钴钠等焦磷酸盐正极材料等被不断提出，其优异的大倍率和循环稳定性极大推动了钠离子电池正极材料的发展。而继续开发高电压，高容量的聚阴离子型正极材料，对真正实现钠离子电池的实际应用极具意义。

目前氟磷酸钒钠的钒源大多为化学纯或者分析纯，主要有五氧化二钒、偏钒酸铵、乙酰丙酮钒、乙酰丙酮氧钒等。这些钒源大部分由矿石或者煤油制得，从天然矿石到化学纯或者分析纯得得钒源，需要经过一系列的除杂工序，而用化学纯或者分析纯制备高性能的氟磷酸钒钠又需要加入一些对其电化学性能有益的掺杂元素，这些掺杂元素大多在天然矿物中存在，从而导致流程重复，成本大大增加。

另一方面，我国钒钛矿炉渣主要是回收其中的主要元素，如钒、铁，对其他的元素如锰、铬、铝、镁等都没用很好的利用，这不仅浪费了资源，而且对环境也造成了严重污染。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种含钒矿料制备钠离子电池氟磷酸钒钠(Na3(VPO4)2F3)/碳复合正极材料的方法，旨在实现含钒矿料的高价值处理的同时，同步联产性能优异的离子电池氟磷酸钒钠/碳复合正极材料。

本发明第二目的在于，提供一种所述的制备方法制得的钠离子电池氟磷酸钒钠/碳复合正极材料(本发明简称正极材料)。

一种含钒矿料制备钠离子电池氟磷酸钒钠/碳复合正极材料的方法，包括如下步骤：

步骤(1)：含钒矿料与钠化剂经钠化焙烧，随后碱浸，得富集有VO₃-的浸出液；

步骤(2)：向浸出液中添加磷源、还原改性剂，预反应后再通过喷雾干燥，得到球形有机物修饰的改性磷酸钒；

步骤(3)：将氟源、钠源、改性磷酸钒混合得混合物，随后在保护性气氛、600～800℃下烧结，即得钠离子电池氟磷酸钒钠/碳复合正极材料。