[发明专利]一种钠离子电池正极材料及其合成方法和钠离子电池

说明书

本发明提供了一种钠离子电池正极材料及其合成方法和钠离子电池，包括以下步骤：按照钠:钒:膦酸基摩尔比为3:2:3称取有机酸钠、钒源、有机膦酸，将有机膦酸和有机酸钠加去离子水搅拌溶解，得到澄清溶液，将钒源加入到澄清溶液中，溶解得到透明溶液，将所述透明溶液加热搅拌，得到凝胶状固体，将所得凝胶状固体干燥处理；将所得固体研磨，氩气保护下，预烧结，自然冷却后，取出再次研磨，并在氩气保护下，烧结，自然冷却得到产物钠离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₃/碳。本发明利用有机膦酸和有机酸钠充当Na₃V₂(PO₄)₃/碳合成所需的全部或者部分钠源、磷酸根、碳源，减少了原料种类，简化了合成工艺，得到的电极材料具有高的比容量、良好的倍率性能和超长的循环寿命。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种钠离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₃/碳及其合成方法和钠离子电池。

背景技术

钠离子电池由于其钠资源丰富、价格低廉，且储能原理与锂离子电池相似，而被认为是规模储能领域的理想选择之一。开发先进的钠离子电池正负极材料成为其实用化的关键。磷酸钒钠(Na₃V₂(PO₄)₃)具有三维开放框架和较大的通道，可供钠离子快速传输，因而被认为是钠离子电池正极的理想选择之一。但是，Na₃V₂(PO₄)₃的实际应用却受到固有低电子电导率的限制，需对其进行改性处理，而碳包覆则被认为是最直接有效的改性手段。然而，当前Na₃V₂(PO₄)₃/碳复合材料的制备方法存在所需原料种类多、工艺流程复杂等问题，且所得Na₃V₂(PO₄)₃/碳复合材料的储钠性能也有待于改善。因此，开发先进的制备Na₃V₂(PO₄)₃/碳复合材料的方法，对于其实际应用具有现实的意义。

发明内容

针对现有技术问题，本发明提出一种钠离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₃/碳及其合成方法，用于高效制备Na₃V₂(PO₄)₃/碳复合材料，利用有机膦酸和有机酸钠充当Na₃V₂(PO₄)₃/碳合成所需的磷酸根、碳源、全部或者部分钠源，从而减少了原料种类，简化了合成工艺，同时通过该方法得到的电极材料具有高的比容量、良好的倍率性能和超长的循环寿命，解决了钠离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₃存在的制备方法复杂、性能不佳等问题。

本发明还提供一种包含所述钠离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₃/碳的钠离子电池。

本发明通过以下技术方案实现的：

一种钠离子电池正极材料的合成方法，包括以下步骤：

(1)按照钠:钒:膦酸基摩尔比为3:2:3称取有机酸钠、钒源、有机膦酸，将有机膦酸和有机酸钠加去离子水搅拌溶解，得到澄清溶液，将钒源加入到澄清溶液中，溶解得到透明溶液，将所述透明溶液加热搅拌，得到凝胶状固体，将所得凝胶状固体干燥处理；