[发明专利]一种包覆有金属氧化物层的氟磷酸钒钠电极及其制备方法

说明书

本发明提供一种包覆有金属氧化物层的氟磷酸钒钠电极及其制备方法，通过原子层沉积法在Na₃V₂(PO₄)₂F₃电极片上沉积金属氧化物层，得到包覆有金属氧化物层的氟磷酸钒钠电极。解决了钠离子电池用正极材料的循环过程脱V、F问题，提高了材料在充放电过程中的循环稳定性，改善材料的容量衰减问题，同时，具有包覆层均匀致密、包覆量易于控制、产量显著提高的优点。

技术领域

本发明属于电化学储能二次电池应用领域，具体涉及一种包覆有金属氧化物层的氟磷酸钒钠电极及其制备方法。

背景技术

锂离子电池自90年代商业化应用以来，因其能量密度高、循环寿命长、工作电压高、自放电率低和无记忆效应等优点，目前已广泛应用于笔记本电脑、手机和数码相机等便携式电子设备中，并向电动汽车、智能电网和可再生能源大规模储能体系中扩展。从大规模储能体系的需求可以看出，理想的二次电池不仅要求适宜的电化学性能，还必须兼顾资源丰富、价格低廉等社会经济效益。然而，锂资源的匮乏和分布不均难以满足目前日益快速增长的需求。钠离子电池与锂离子电池具有相同的工作原理，能量密度略低于锂离子电池。钠和锂元素物理化学性质相似，且原材料储量丰富，价格低廉，分布广泛，因此钠离子电池在大规模储能和备用电源等领域具有良好的应用前景。但由于钠离子电池的能量密度略低，因此，研究并开发能量密度大、功率密度高、寿命长、价格低廉，适宜产业化的钠离子电极材料十分必要与迫切。

作为钠离子的载体和电池的关键部分之一，正极材料在很大程度上决定了电池的性能和最终成本。在钠离子电池正极材料的研究体系中，聚阴离子性正极材料氟磷酸钒钠(Na₃V₂(PO₄)₂F₃)由于F的诱导效应，具有4.2和3.7V两个较高的钠离子脱嵌电位平台，高达128mAh·g^-1理论比容量和～507Wh·kg^-1理论能量密度。但由于Na₃V₂(PO₄)₂F₃晶体中V-F键较活跃，在多次充放电循环后的电解液中发现颗粒破碎，V、F离子溶解和表面固体电解质薄膜(CEI膜)生成，从而导致材料循环稳定性较差。有文献采用水热法在粉末表面包覆金属氧化物层来解决上述问题，但是采用水热法在粉末表面包覆金属氧化物层存在包覆不均、过程繁琐和产量较低的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种包覆有金属氧化物层的氟磷酸钒钠电极及其制备方法，解决了钠离子电池用正极材料的循环过程脱V、F问题，提高了材料在充放电过程中的循环稳定性，改善材料的容量衰减问题，同时，具有包覆层均匀致密、包覆量易于控制、产量显著提高的优点。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种包覆有金属氧化物层的氟磷酸钒钠电极的制备方法，通过原子层沉积法在Na₃V₂(PO₄)₂F₃电极片上沉积金属氧化物层，得到包覆有金属氧化物层的氟磷酸钒钠电极。

优选的，包括以下步骤：

1)将Na₃V₂(PO₄)₂F₃电极片放入原子层沉积系统的反应腔中，将所述反应腔的温度调至150～250℃，压力调至20～80Pa；

2)向反应腔中通入金属前驱体和氧源，进行原子层沉积处理，得到所述包覆有金属氧化物层的Na₃V₂(PO₄)₂F₃电极。