[发明专利]一种正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种正极材料及其制备方法和应用。本发明提供的正极材料包括碳材料和氟磷酸钒钠，所述碳材料修饰在氟磷酸钒钠表面；所述碳材料和氟磷酸钒钠的质量比为5～10:100；所述氟磷酸钒钠的化学组成为Na₃V₂(PO₄)₂O_xF_3‑x，其中x为0～1。磷酸钒钠经过氟离子和氧离子或经过氟离子的调控得到的氟磷酸钒钠盐，具有较高的电容量和工作电压，提高了储能元件的能量密度；同时氟磷酸钒钠与碳复合增加了粒子之间的电子传导，有效提高了正极材料的电子电导率，使所述正极材料具有良好的稳定性和循环性能。由实施例结果可知，本发明提供的正极材料在电池中可以稳定循环超过200圈。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于钠资源相较于锂资源分布广泛，价格低廉，钠离子电池被认为是替代锂离子电池的良好候选者。电极材料是影响钠离子电池性能(倍率性能和循环性能)的重要因素。现有的钠离子电池的正极材料主要为钠超离子导体材料，钠超离子导体材料以共价键构筑三维骨架使其具有大间隙空间，适合钠离子的快速迁移。磷酸钒钠(Na₃V₂(PO₄)₃)为一种典型的钠超离子导体材料，具有优良的钠离子传导性能、适中的工作电位(3.4V，vs.Na⁺/Na)、充放电过程中较小的体积变化、良好的热稳定性和可实现的理论能量密度(400Wh kg^-1)；然而，它固有的低电子电导率极大地限制了钠离子电池的循环性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种正极材料及其制备方法和应用，本发明提供的正极材料具有较高的循环性能。

本发明提供了一种正极材料，所述正极材料包括碳材料和氟磷酸钒钠，所述碳材料修饰在氟磷酸钒钠表面；

所述碳材料和氟磷酸钒钠的质量比为5～10:100；

所述氟磷酸钒钠的化学组成为Na₃V₂(PO₄)₂O_xF_3-x，其中x为0～1。

优选的，所述氟磷酸钒钠的化学组成为Na₃V₂(PO₄)₂F₃、Na₃V₂(PO₄)₂O_0.2F_2.8、Na₃V₂(PO₄)₂O_0.4F_2.6、Na₃V₂(PO₄)₂O_0.6F_2.4、Na₃V₂(PO₄)₂O_0.8F_2.2或Na₃V₂(PO₄)₂OF₂。

本发明还提供了上述技术方案所述正极材料的制备方法，包括以下步骤：

提供钒基磷酸盐，所述钒基磷酸盐为VOPO₄和VPO₄@C的混合物或VPO₄@C；所述VPO₄@C中碳材料和VPO₄的质量比为5～10:100；