磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料及其制备方法、正极极片以及钠离子电池技术

本发明专利技术公开了一种磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料及其制备方法、正极极片以及钠离子电池，该片状介孔的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料的制备方法，包括：1)将钒源、还原剂、动物蛋清、磷源、钠源混合后冷冻以得到混合物；2)将混合物进行冷冻干燥以得到干燥物；3)将干燥物进行煅烧以制得所述磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料。磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料具有均匀的厚度和大的比表面积，进而使其适用于制备钠离子电池正极极片，该钠离子电池具有优异的电比容量和循环寿命，该制备方法具有合成途径简单可控、生产成本低廉和适合大规模生产的特点。

【技术实现步骤摘要】
磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料及其制备方法、正极极片以及钠离子电池
本专利技术涉及钠离子电池，具体地，涉及一种磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料及其制备方法、正极极片以及钠离子电池。
技术介绍
钠离子电池依靠钠离子的运动来存储和释放电能。相较于锂离子而言，地球上钠元素的储量更为丰富，在面对能量密度要求不高的使用场所时，钠离子电池成本低的优势得以显现，故而钠离子电池的研究更具有的实际意义。正极材料是钠离子电池的关键部件之一，高比容量、高化学稳定性、长循环寿命和安全性好等性能是对其性能研究不断的追求。磷酸钒钠(NVP)因其独特的三维网状结构较其它正极材料的结构稳定性更好，成为在大规模储能中有应用潜力的材料之一。目前，磷酸钒钠正极材料的制备方法主要有固相法、溶胶-凝胶法、水热法和静电纺丝法等。但是他们都具有操作繁琐，合成步骤较多等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料及其制备方法、正极极片以及钠离子电池，磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料具有均匀的厚度和大的比表面积，进而使其适用于制备钠离子电池正极极片，该钠离子电池具有优异的电比容量和循环寿命，该制备方法具有合成途径简单可控、生产成本低廉和适合大规模生产的特点。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种片状介孔的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料的制备方法，包括：1)将钒源、还原剂、动物蛋清、磷源、钠源混合后冷冻以得到混合物；2)将混合物进行冷冻干燥以得到干燥物；3)将干燥物进行煅烧以制得所述磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料。本专利技术还提供了一种片状介孔的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料，该片状介孔的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料通过上述制备方法制备而得。本专利技术进一步提供了一种钠离子电池的正极极片，该正极极片包括上述的片状介孔的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料。本专利技术还进一步提供了一种钠离子纽扣电池，该钠离子纽扣电池包括上述的钠离子电池的正极极片。在上述技术方案中，本专利技术克服现有技术的不足，采用鸡蛋清作为生物模板、单一溶剂和碳源，运用冷冻干燥技术，得到一种钠离子电池片状介孔磷酸钒钠/碳复合电池正极材料的制备方法。该制备方法具有反应条件温和、制备工艺简单、操作方便，使其具有一定工业化生产的潜力。此外，通过该磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料制得的钠离子电池首次循环放电比容量高达到117.1mAh/g，第10次放电比容量还可高达为115.4mAh/g，从而说明该钠离子电池具有优异的比电容和循环寿命。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是检测例1中实施例1的产物的XRD表征图；图2是检测例1中实施例1的产物的SEM表征图；图3是检测例1中实施例1的产物制得的电池的充放电曲线图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供了一种片状介孔的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料的制备方法，包括：1)将钒源、还原剂、动物蛋清、磷源、钠源混合后冷冻以得到混合物；2)将混合物进行冷冻干燥以得到干燥物；3)将干燥物进行煅烧以制得所述磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料。在本专利技术中，钒源、钠源、磷源的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料的电化学性能，优选地，在钒源、钠源、磷源中，V：Na：P的摩尔比为2：2.8-3.2：2.8-3.2；在本专利技术中，还原剂、动物蛋清的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料的电化学性能，优选地，钒源、还原剂、动物蛋清的用量比为2mol：3-5mol：1000-2000mL，其中，钒源以钒元素的摩尔量计。在本专利技术中，步骤1)中的冷冻条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料的电化学性能，优选地，在步骤1)中，冷冻满足以下条件：冷冻温度为-20～-16℃，冷冻时间为10-14h。在本专利技术中，步骤2)中的冷冻干燥条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料的电化学性能，优选地，在步骤2)中，冷冻干燥满足以下条件：真空度为0.015-0.020mBar，温度为-70～-50℃，时间为10-14h。在本专利技术中，步骤3)中的煅烧条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料的电化学性能，优选地，在步骤3)中，煅烧满足以下条件：首先在320-380℃下保温0.8-1.5h，然后在650-850℃下煅烧4-8h。但是为了进一步提高磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料的电化学性能，更优选地，在步骤3)中，升温过程中的升温速率1-3℃/min。在本专利技术中，磷源的具体种类可以在宽的范围内选择，但是从成本考虑，优选地，磷源为磷酸二氢钠、磷酸二氢铵和磷酸中的至少一者。在本专利技术中，钠源的具体种类可以在宽的范围内选择，但是从成本考虑，优选地，钠源选自磷酸二氢钠、碳酸钠和醋酸钠中的至少一者。此外，在本专利技术中，磷源和钠源可以为相同化合物，也可以为不同化合物，为了减少反应物的种类进而提高反应产率，更优选地，磷源和钠源为相同化合物。在本专利技术中，钒源的具体种类可以在宽的范围内选择，但是从成本考虑，优选地，钒源为偏钒酸铵和/或五氧化二钒。在本专利技术中，还原剂的具体种类可以在宽的范围内选择，但是从成本考虑，优选地，还原剂选自草酸、水合肼和抗坏血酸中的至少一者。在本专利技术中，动物蛋清的种类可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料的电化学性能，优选地，动物蛋清选自鸡蛋清、鸭蛋清和鹅蛋清中的至少一者。本专利技术还提供了一种片状介孔的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料，该片状介孔的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料通过上述制备方法制备而得。在本专利技术中，磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料的具体尺寸可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种片状介孔的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：/n1)将钒源、还原剂、动物蛋清、磷源、钠源混合后冷冻以得到混合物；/n2)将混合物进行冷冻干燥以得到干燥物；/n3)将干燥物进行煅烧以制得所述磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种片状介孔的磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
1)将钒源、还原剂、动物蛋清、磷源、钠源混合后冷冻以得到混合物；
2)将混合物进行冷冻干燥以得到干燥物；
3)将干燥物进行煅烧以制得所述磷酸钒钠/氮掺杂碳复合钠离子电池正极材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在所述钒源、钠源、磷源中，V：Na：P的摩尔比为2：2.8-3.2：2.8-3.2；
优选地，钒源、还原剂、动物蛋清的用量比为2mol：3-5mol：1000-2000mL，其中，钒源以钒元素的摩尔量计。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，冷冻满足以下条件：冷冻温度为-20～-16℃，冷冻时间为10-14h。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤2)中，冷冻干燥满足以下条件：真空度为0.015-0.020mBar，温度为-70～-50℃，时间为10-14h。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤3)中，煅烧满足以下条件：首先在320-380℃下保温0.8-1.5h，然后在650-850℃下煅烧4-8h；
更优选地，在步骤3)中，升温过程中的升温速率1-3℃/min。


6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，磷源为磷酸二氢钠、磷酸二氢铵...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿保友，孙红霞，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34