[发明专利]一种氟磷酸钒钠和碳复合的二次电池正极材料的制备方法及其应用

说明书

一种氟磷酸钒钠和碳复合的二次电池正极材料的制备方法及其应用，它涉及一种电池正极材料的制备方法及应用。本发明的目的是要解决使用现有方法提高NVOPF的电子电导率、容量和倍率性能差的问题。方法：一、制备低价钒溶液；二、制备水热母液；三、制备三维碳骨架材料；四、复合，得到氟磷酸钒钠和碳复合的二次电池正极材料。本发明制备的钠离子电池的首圈充电比容量可达到138mAh·g^‑1，首圈放电比容量可达到113mAh·g^‑1。本发明制备的钠离子电池的首圈充电比容量可达到138mAh·g^‑1，首圈放电比容量可达到113mAh·g^‑1，库伦效率可保持在95％。本发明可获得一种氟磷酸钒钠和碳复合的二次电池正极材料。

技术领域

本发明涉及一种电池正极材料的制备方法及应用。

背景技术

目前，钠离子电池有希望成为锂离子电池的替代者。由于钠离子电池的输出电压由正极和负极之间的电极电势差决定，正极是提高钠离子电池能量输出效率的关键瓶颈。在目前已经报导的许多正极材料中，钒基材料因其较高的工作电压、理论容量和能量密度以及与Na⁺的丰富电化学反应而倍受关注。V是元素周期表中编号23的元素，V原子的所有价电子都能参与成键，从而形成从V²⁺到V⁵⁺的多价V。Na₃(VO_1-xPO₄)₂F_1+2x(0≤x≤1)(NVOPF)由于具有较高理论容量(130mAh g^-1)和高平均放电电压(3.8V vs.Na⁺/Na)等优点，被认为是目前最有前途的正极之一。磷酸盐和氟磷酸盐相中含有稳定的磷酸盐-金属键，可以降低氧释放的发生，稳定的PO₄³⁺聚阴离子有效缓解循环中的体积变化。因此，相比与过渡金属氧化物，磷酸盐和氟磷酸盐具有更高的安全性能和更好的电化学性能。尽管具备上述优点，但其较低的电子电导率和离子电导率使得人们很难获得电化学性能良好的Na₃(VO_1-xPO₄)₂F_1+2x(0≤x≤1)正极材料。

目前常用碳包覆和体相掺杂的方法来提高NVOPF的电子电导率，用细化颗粒的方法来提高其离子电导率，但改性效果仍然有限，NVOPF的电化学性能有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是要解决使用现有方法提高NVOPF的电子电导率、容量和倍率性能差的问题，而提供一种氟磷酸钒钠和碳复合的二次电池正极材料的制备方法及其应用。

一种氟磷酸钒钠和碳复合的二次电池正极材料的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、制备低价钒溶液：

首先将钒源和分散剂溶解到去离子水中，然后超声分散，再加入还原剂，最后在水浴中磁力搅拌，得到低价钒溶液；

步骤一中所述的低价钒溶液中钒源的浓度为0.02mol/L～0.04mol/L；

步骤一中所述的低价钒溶液中分散剂的浓度为20g/L～40g/L；

步骤一中所述的钒源中V元素与还原剂的摩尔比为1:3；

二、制备水热母液：

向低价钒溶液中依次加入钠源、磷源和氟源，得到混合液；将混合液磁力搅拌，再调节混合液的pH值至2～9，得到水热母液；

步骤二中所述的混合液中磷源的浓度为0.02mol/L～0.04mol/L；

步骤二中所述的混合液中Na元素、V元素、P元素和F元素的摩尔比为3:2:2:(1～3)；

三、制备三维碳骨架材料：