[发明专利]一种碳包覆磷酸矾钠的制备方法及其应用

说明书

本申请公开了一种碳包覆磷酸矾钠的制备方法，包括以下步骤：a)将含有磷源、钒源和柠檬酸钠的水溶液，经加热络合，得到凝胶；b)将所述凝胶干燥，得到前驱体；c)将所述前驱体研磨后，非活性气氛下煅烧，得到所述碳包覆磷酸矾钠。该碳包覆磷酸钒钠的制备工艺简单，原料组成精简，适合大批量生产。同时，该碳包覆磷酸钒钠材料应用于钠离子电池正极中，可以表现出优异的长循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池领域，且特别涉及一种钠离子电池碳包覆磷酸钒钠正极材料的制备方法。

背景技术

由于钠资源的低成本和广泛可用性，以及钠离子电池与锂离子电池在化学性质和插层特性等方面都有相似之处，以钠离子电池为基础的电池技术迅速发展，成为最有前途的锂离子电池替代品之一。

但是，钠离子电池也有一定的缺点，其中最重要的是相对较低的能量密度。与锂相比，钠具有更大的相对原子质量(Mw 23.0g mol^-1)和更高的氧化还原电位(ψNa⁺/Na＝-2.71V vs.SHE；ψLi⁺/Li＝-3.04V vs.SHE)。为了提高电池的能量密度，获得合适的正极材料是提高比容量的关键。

在所有的钠离子电池正极材料中，具有NASICON(Na超离子导体)结构的聚阴离子型磷酸盐因其在电化学充放电过程中快速的Na⁺扩散和稳定的结构而备受关注。其中，磷酸钒钠具有高的比容量(117.6mAh/g)以及高的电压平台(～3.4V)，被认为是最有前景的钠离子电池正极材料之一。

但是纯的磷酸钒钠具有显著的缺陷，例如其电子导电性很差，这严重阻碍了其实际的应用。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种碳包覆磷酸矾钠的制备方法，该方法获得结晶性好、电化学性能优异的碳包覆磷酸钒钠，且制备方法简单，易于规模化生产。

所述碳包覆磷酸矾钠的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将含有磷源、钒源和柠檬酸钠的水溶液，经加热络合，得到凝胶；

b)将所述凝胶干燥，得到前驱体；

c)将所述前驱体研磨后，非活性气氛下煅烧，得到所述碳包覆磷酸矾钠。

可选地，所述非活性气氛选自氮气、氦气、氖气、氩气中的至少一种。所述非活性气氛起到保护气氛的作用。

可选地，所述柠檬酸钠同时起到钠源、碳源、络合剂以及还原剂的作用，无需使用其他外加碳源、络合剂以及还原剂或还原气氛。

可选地，所述碳包覆磷酸矾钠具有NASICON结构；

所述碳包覆磷酸矾钠中磷酸矾钠为晶体。

可选地，所述碳包覆磷酸矾钠具有3D多孔结构。

可选地，所述碳包覆磷酸矾钠中的孔结构的孔径为10～800nm。

可选地，步骤a)中，所述磷源包括磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸中的至少一种。

可选地，步骤a)中，所述的钒源包括偏钒酸铵、五氧化二钒、水合草酸钒、氯化钒中的至少一种。

可选地，步骤a)中，所述含有磷源、钒源和柠檬酸钠的水溶液中柠檬酸钠、钒源、磷源的摩尔比为3.0～3.6：2：3。

可选地，步骤a)中，所述含有磷源、钒源和柠檬酸钠的水溶液中柠檬酸钠、钒源、磷源的摩尔比为3.0～3.2：2：3。

可选地，步骤a)中，所述含有磷源、钒源和柠檬酸钠的水溶液中，水的含量可根据实际情况选择，溶解磷源、钒源和柠檬酸钠即可。