一种氟磷酸钒钠正极材料的制备方法、电池正极及电池技术

本发明专利技术一种氟磷酸钒钠正极材料的制备方法、电池正极及电池，属于电化学材料技术领域；所述氟磷酸钒钠正极材料的制备方法为，步骤1：按化学计量比称取钒源、钠源、磷源、氟源，并将各组分配成一定浓度的溶液；步骤2：将步骤1得到的溶液转移至密闭容器中，温度设定在60～140℃范围内、并保温设定时间；步骤3：待步骤2结束后，密闭容器自然冷却至室温；步骤4：将步骤3所得固体产物收集，并用去离子水洗涤，最后经过干燥，即获得氟磷酸钒钠正极材料。本发明专利技术所合成的氟磷酸钒钠材料分布均匀且尺寸为纳米级别，纳米尺寸的电极材料有利于电解液的充分浸润，并有效缩短了电子转移和离子传输的路径。径。径。

【技术实现步骤摘要】
一种氟磷酸钒钠正极材料的制备方法、电池正极及电池


[0001]本专利技术属于电化学材料
，具体涉及一种氟磷酸钒钠正极材料的制备方法、电池正极及电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有较高的能量密度以及优异的循环稳定性，因而被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车等领域。然而，分布不均匀且逐渐面临枯竭的锂资源限制了锂离子电池的进一步发展和更大规模的应用。作为锂离子电池的替代者，钠离子电池因其丰富的钠资源以及与锂离子电池相似的电池组件和能量存储机理而备受关注。作为钠离子电池的重要正极材料，聚阴离子型氟磷酸盐具有开放的三维框架结构，这赋予电极材料极高的稳定性和快速的钠离子扩散和传输动力学。同时，结构中的强电负性氟赋予电池高的工作电压，因而电池具有较高的能量密度。因此，氟磷酸盐材料被认为是最具有应用前景的钠离子电池正极材料之一。
[0003]然而，氟磷酸盐材料较差的本征电子导电性导致电极的反应动力学迟缓，造成电池的倍率性能不尽人意，这严重制约了氟磷酸钒钠正极的进一步发展和实际应用。
[0004]文献“Li X,Jiang S,Li S,et al.Overcoming the rate
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determining kineticsof the Na3V2O2(PO4)2F cathode for ultrafast sodium storage by heterostructureddual
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carbon decoration[J].Journal of Materials Chemistry A,2021,9(19): 11827
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11838.”公开了一种钠离子电池氟磷酸盐正极材料的合成方法。该方法采用较高温度水热反应(180℃)并后续退火处理(550℃)获得了双碳包覆的氟磷酸盐材料NVPOF@C/CNFs。通过双碳包覆，电极材料的电化学性能获得较大程度的提升和改善。但是该方法反应步骤多，反应时间长，能耗大且原料成本高，不利于规模化和工业化生产，因此该方法的局限性制约了其实际应用。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题：
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提供一种氟磷酸钒钠正极材料的制备方法、电池正极及电池，解决了聚阴离子型钠离子电池氟磷酸盐正极反应动力学迟缓所导致的倍率性能差、以及现有制备该类材料的方法耗能大、耗时长、步骤繁琐且原材料成本高等一系列问题，是一种简单、短时且经济环保的氟磷酸盐正极的合成方法。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种氟磷酸钒钠正极材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
[0008]步骤1：按化学计量比称取钒源、钠源、磷源、氟源，并将各组分配成一定浓度的溶液；
[0009]步骤2：将步骤1得到的溶液转移至密闭容器中，温度设定在60～140℃范围内、并保温设定时间；
[0010]步骤3：待步骤2结束后，密闭容器自然冷却至室温；
[0011]步骤4：将步骤3所得固体产物收集，并用去离子水洗涤，最后经过干燥，即获得氟磷酸钒钠正极材料。
[0012]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤1中，钒源、钠源、磷源、氟源按分子量配比为，V：Na：P：F＝2：3：2：1。
[0013]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤1中，钒源为氧化钒、乙酰丙酮钒或偏钒酸铵。
[0014]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤1中，钠源为氟化钠、碳酸钠中的一种或多种。
[0015]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤1中，磷源为磷酸二氢铵或磷酸二氢钠。
[0016]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤1中，氟源为氟化钠。
[0017]本专利技术的进一步技术方案是：步骤2)中所述反应温度为大于或等于氟磷酸钒钠材料的临界结晶温度的某一温度点，反应时间为大于或等于氟磷酸钒钠材料的形核生长时间的某一时间段。
[0018]本专利技术的进一步技术方案是：密闭容器加热条件下，氟磷酸钒钠材料在液相中的临界结晶温度为～60℃，在大于或等于其临界结晶温度的某一温度点保温时间超过其形核生长时间均可获得氟磷酸钒钠材料。
[0019]所得样品经过低温退火可以获得最佳电化学性能。
[0020]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤2中，反应温度为60～140℃，反应时间为大于或等于6小时。
[0021]一种氟磷酸钒钠正极材料，其特征在于：采用所述氟磷酸钒钠正极材料的制备方法得到。
[0022]一种钠离子电池正极，其特征在于：由所述氟磷酸钒钠正极材料的制备方法得到的聚阴离子型氟磷酸钒钠纳米颗粒加工而成。
[0023]一种钠离子电池，其特征在于：其正极材料为所述述氟磷酸钒钠正极材料的制备方法所得的聚阴离子型氟磷酸钒钠纳米颗粒。
[0024]有益效果
[0025]本专利技术的有益效果在于：本专利技术的制备方法选择廉价环保的原材料，通过简单的低温液相反应合成了尺寸均匀的氟磷酸钒钠纳米颗粒。这种合成方法简单、易于操作、经济环保且耗时短。所合成的氟磷酸钒钠材料分布均匀且尺寸为纳米级别，纳米尺寸的电极材料有利于电解液的充分浸润，并有效缩短了电子转移和离子传输的路径。因此，这种所合成的纳米尺寸的电极材料具有极高的电化学活性以及快速的反应动力学，当其作为正极材料应用于钠离子电池，其表现出优异的倍率性能和长循环稳定性(在 100C大倍率下，电池放电比容量超过60毫安时/克；10C下循环超过1000次，容量保持率仍可高达90％以上，具体参见实施例)。
附图说明
[0026]图1为钠离子电池氟磷酸钒钠正极材料的低温液相合成流程图；
[0027]图2为本专利技术实施例1合成的氟磷酸钒钠正极材料的X射线衍射图谱；
[0028]图3为本专利技术实施例1合成的氟磷酸钒钠正极材料的扫描电子显微镜图片；
[0029]图4为本专利技术实施例1合成的氟磷酸钒钠正极材料在钠离子电池中的倍率性能图；
[0030]图5为本专利技术实施例1合成的氟磷酸钒钠正极材料在钠离子电池中不同倍率下的循环性能图。
具体实施方式
[0031]下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0032]以下结合附图和具体实施例对本专利技术的内容作进一步的详细描述：
[0033]实施例1：
[0034]聚阴离子型钠离子电池氟磷酸钒钠正极材料Na3V2(PO4)2O2F(NVPOF)的合成步骤如下：
[0035]1)称取1.512g二水合草酸溶于60mL去离子水中，随后称取0.728g五氧化二钒加入到上述所得到的草酸溶液中，在70℃下水浴搅拌1小时，形成深蓝色的溶液；
[0036]2)分别称取0.92g磷酸二氢铵、0.424g无水碳酸钠、0.168g氟化钠加入到上述步骤1)所得溶液中，持续搅拌半小时，形成均一混合溶液；
[0037]3)将步骤2)所得反应液转移至100mL密闭容器中，在80本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氟磷酸钒钠正极材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1：按化学计量比称取钒源、钠源、磷源、氟源，并将各组分配成一定浓度的溶液；步骤2：将步骤1得到的溶液转移至密闭容器中，温度设定在60～140℃范围内、并保温设定时间；步骤3：待步骤2结束后，密闭容器自然冷却至室温；步骤4：将步骤3所得固体产物收集，并用去离子水洗涤，最后经过干燥，即获得氟磷酸钒钠正极材料。2.根据权利要求1所述氟磷酸钒钠正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，钒源、钠源、磷源、氟源按分子量配比为，V：Na：P：F＝2：3：2：1。3.根据权利要求1所述氟磷酸钒钠正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，钒源为氧化钒、乙酰丙酮钒或偏钒酸铵。4.根据权利要求1所述氟磷酸钒钠正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，钠源为氟化钠、碳酸钠中的一种或多种。5.根据权利要求1所述氟磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：余泓，王金金，杜乘风，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：