[发明专利]碳包覆镁离子掺杂改性氟磷酸钒钠正极材料及制备方法

说明书

本发明提供一种碳包覆镁离子掺杂改性氟磷酸钒钠正极材料及制备方法：镁离子取代碳包覆的氟磷酸钒钠中的钒位，其中镁离子的掺杂量为0.05。制备方法包括步骤：1)将原料碳源、磷源、钒源、钠源、氟源、镁源依次按照摩尔比加入去离子水中，搅拌至溶液变澄清；2)将步骤1)所得溶液置于水浴锅中加热搅拌至形成凝胶；3)将步骤2)所得凝胶置于真空烘箱中烘干得到前驱体；4)将步骤3)所得前驱体经过两段烧结后得到的即为碳包覆镁离子掺杂改性氟磷酸钒钠正极材料。本发明通过溶胶凝胶法，高温煅烧即可得到镁离子掺杂改性的碳包覆氟磷酸钒钠正极材料，合成周期短，原料廉价，工艺简单，易于控制，所得材料有较好的电化学性能，安全性高。

技术领域

本发明属于钠离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种溶胶凝胶法制备镁离子取代的氟磷酸钒钠/C正极材料及其制备方法。

背景技术

钠离子电池和锂离子电池在上世纪70年代末期几乎同时展开研究，但是受制于当时的条件以及科研工作者们对于锂离子电池研究的热情，钠离子电池的研究一直处于缓慢推进甚至停滞状态。

随着环境污染问题日趋严重，对于可再生能源的大量需求，以及作为锂离子电池源材料的锂矿价格的不断飙升，迫切需要开发其他的高效便捷的大规模储能技术。而作为与锂离子电池具有相同工作原理的钠离子电池，由于钠资源丰富，钠离子电池的综合性能较为优异等特点，再次受到世界各研究组的广泛关注。

聚阴离子正极材料由于其具有开放且稳定的三维骨架，提供了便于钠离子传输的通道从而具有良好的倍率性能和循环性能。聚阴离子材料中，具有NASICON结构的氟磷酸钒钠(Na₃V₂(PO₄)₂F₃)，由于其具有约在3.6V和4.1V的高充放电平台、高达128mAh g^-1的理论比容量、约507Wh Kg^-1的高能量密度以及良好的结构稳定性，热稳定性和优异电化学性能受到了广泛关注。由于氟磷酸钒钠的电子导电率较低，这将极大地限制其进一步商业化应用。目前，可以通过掺杂的方法来提高其电导率，但是难以实现精确掺杂，掺杂后氟磷酸钒钠材料电化学性能提升有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种碳包覆镁离子掺杂改性氟磷酸钒钠正极材料及其制备方法，实现镁离子在氟磷酸钒钠中V位的精确取代，提高了氟磷酸钒钠离子电池正极材料中钠离子扩散系数和电子导电性，极大地提升了正极材料的电化学性能，循环性能优异，且制备简单，易于控制，合成周期短，具有良好的应用前景。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种碳包覆镁离子掺杂改性氟磷酸钒钠正极材料，镁离子取代碳包覆的氟磷酸钒钠中的钒位，其中镁离子的掺杂量为0.05。

本发明还提供一种碳包覆镁离子掺杂改性氟磷酸钒钠正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将原料碳源、磷源、钒源、钠源、氟源、镁源依次按照摩尔比加入去离子水中，搅拌至溶液变澄清；

2)将步骤1)所得溶液置于水浴锅中加热搅拌至形成凝胶；

3)将步骤2)所得凝胶置于真空烘箱中烘干得到前驱体；

4)将步骤3)所得前驱体经过两段烧结后得到的即为碳包覆镁离子掺杂改性氟磷酸钒钠正极材料。

作为优选方式，所述步骤1)中，碳源选自柠檬酸、葡萄糖其中一种。

并且/或者磷源选自磷酸二氢铵；

并且/或者钒源选自偏钒酸铵、五氧化二钒其中一种；

并且/或者钠源选自氟化钠、氢氧化钠、碳酸钠其中一种；

并且/或者氟源选自氟化钠、氟化铵其中一种；