[发明专利]软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及钠离子电池技术领域，具体而言，涉及软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料及其制备方法和应用。软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料的制备方法包括：将钒源、钠源、磷源、还原剂、硬碳碳源和溶剂混合后，得到含有硬碳的分散液；含有硬碳的分散液与软碳分散液混合后，经造粒处理，得到前驱体颗粒料；将前驱体颗粒料进行热处理，冷却后得到软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料。该方法结合了软碳导电性良好和硬碳高容量的优点，通过使软碳和硬碳共同包覆在磷酸钒钠的表面，显著提高了其电化学性能。该方法制得的软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料的导电性良好，比容量高，且具有良好的倍率性能以及长的循环稳定性能。

技术领域

本发明涉及钠离子电池技术领域，具体而言，涉及软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池由于其高能量密度、出色的长循环稳定性以及自放电小的优点在便携式电子产品和小型电动车等相关领域中占据主体地位。然而，锂资源仅占地壳中0.00065％并且分布不均，这会阻碍锂离子电池的进一步发展。因此，人们迫切需要开发其他可替代锂离子电池储能技术。钠离子电池由于其资源丰富、成本低廉且具有与锂离子电池相似的储能机理而备受关注。因此，有必要研究新型环保的钠离子电池材料。

对于钠离子正极材料而言，钠超离子导体(NASICON)结构的聚阴离子型磷酸盐正极材料具有稳定的结构以及多样性的优势，较为典型的材料就是磷酸钒钠，其具有三位框架结构，有利于钠离子快速迁移，充放电平台较高，安全性能高，循环稳定性优异。但是，这类材料的电子传导性能差，导致该材料电化学性能较弱。

此外，目前合成磷酸钒钠的方法包括固相法、溶胶凝胶法、水热法等。其中，固相法工艺简单、成本低，但是能耗较大、效率较低，且不能完全保证碳完全包覆在磷酸钒钠表面，导致材料电化学性能差。溶胶凝胶法合成工艺复杂，成本过高，不适合大规模工业化生产。水热法合成法同样是工艺复杂，并且产量低，反应时间太长，不适合批量化生产。因此，进一步开发磷酸钒钠正极材料的制备方法具有非常重要的意义。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料的制备方法，该方法结合了软碳导电性良好和硬碳高容量的优点，通过使软碳和硬碳共同包覆在磷酸钒钠的表面，显著提高了其电化学性能。

本发明的第二目的在于提供一种软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料，该软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料具有较高的比容量，稳定的循环性能以及优异的倍率性能。

本发明的第三目的在于提供一种正极极片。

本发明的第四目的在于提供一种钠离子电池。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料的制备方法，包括如下步骤：

将钒源、钠源、磷源、还原剂、硬碳碳源和溶剂混合后，得到含有硬碳的分散液；

所述含有硬碳的分散液与软碳分散液混合后，经造粒处理，得到前驱体颗粒料；

将所述前驱体颗粒料进行热处理，冷却后得到所述软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料。

本发明还提供了软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料，所述软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料包括磷酸钒钠以及包覆在所述磷酸钒钠外表面的碳包覆层；其中，形成所述碳包覆层的材料包括硬碳材料和软碳材料。

本发明又提供了正极极片，主要由如上所述软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料的制备方法所制得的软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料或者如上所述的软碳硬碳共包覆磷酸钒钠正极材料制备而成。

本发明另外还提供了钠离子电池，包括如上所述的正极极片。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：