一种瞬时焦耳热烧结合成氟磷酸钒钠材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种瞬时焦耳热烧结合成氟磷酸钒钠材料及其制备方法和应用，将钒源、磷源、氟源和钠源分别置于室温15～35℃下进行高能球磨后混合，或将钒源、磷源、氟源和钠源混合后置于室温15～35℃下进行高能球磨，即得到球磨后的混合物；在惰性气氛下，将上述混合物转移至反应器中的电热转换介质上，利用焦耳热烧结合成装置，运行电流和电压随时间变化的函数程序，待合成过程结束后，从反应器中收集产物粉末；将上述产物粉末水洗、抽滤、干燥后，即得到氟磷酸钒钠材料。利用本发明专利技术制备得到的氟磷酸钒钠化合物作为正极材料在钠离子电池中表现出较高的比容量，优异的循环稳定和倍率性能，且实现了高性能钠离子电池正极材料的超快速、低能耗合成。低能耗合成。低能耗合成。

【技术实现步骤摘要】
一种瞬时焦耳热烧结合成氟磷酸钒钠材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池高性能正极材料领域，更具体地说涉及一种瞬时焦耳热烧结合成氟磷酸钒钠材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]由于钠的广泛分布且具有与锂离子电池相似的储能机理，钠离子电池受到了极大的关注。然而，它们的商业应用通常受到化合物正极材料较高生产成本和性能低下的阻碍。得益于聚阴离子基团的诱导效应，聚阴离子型化合物正极材料表现出较高的氧化还原电位，其稳定的三维框架也显著减小了钠离子脱嵌的结构变化。此外，强共价键的存在能有效抑制氧的脱出。这些优点使聚阴离子型材料具有优越的循环稳定性和高安全性。
[0003]氟磷酸钒钠因其高工作电位和高能量密度而被公认为极有前途的钠离子电池正极材料。其中的F
‑
V键具有强离子性，使得材料具有高输出电压，在典型的充放电曲线中，存在3.7V和4.2V的电压平台，分别对应于钠离子在不同位点的脱出或嵌入，实现高于500Wh/kg的理论能量密度。
[0004]目前，氟磷酸钒钠电极材料制备方法主要有固相法、水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种瞬时焦耳热烧结合成氟磷酸钒钠材料，其特征在于：氟磷酸钒钠材料中氟磷酸钒钠化合物的化学式为Na3(VO1‑
x
PO4)2F
1+2x
,其中，0≤x≤1，上述材料的形貌特征为层片状，材料中的一次颗粒平均粒径为500nm，材料中的二次颗粒平均粒径为1μm，材料的0.1C放电比容量为135mAh g
‑1，材料的1C放电比容量为122mAh g
‑1，能够达到理论比容量的94.1％。2.如权利要求1所述的一种瞬时焦耳热烧结合成氟磷酸钒钠材料的制备方法，其特征在于：按照下述步骤进行：步骤1，将钒源、磷源、氟源和钠源分别置于室温15～35℃下进行高能球磨后混合，或将钒源、磷源、氟源和钠源混合后置于室温15～35℃下进行高能球磨，即得到球磨后的混合物，其中，钒源、磷源、氟源和钠源的化学计量比为2:2:(0～3):3，不包括0；步骤2，在惰性气氛下，将步骤1制备得到的球磨后的混合物转移至反应器中的电热转换介质上，利用焦耳热烧结合成装置，运行电流和电压随时间变化的函数程序，待合成过程结束后，从反应器中收集产物粉末；步骤3，将步骤2制备得到的产物粉末水洗、抽滤、干燥后，即得到氟磷酸钒钠材料。3.根据权利要求2所述的一种瞬时焦耳热烧结合成氟磷酸钒钠材料的制备方法，其特征在于：在步骤1中，钒源采用五氧化二钒、偏钒酸铵、磷酸氧钒、磷酸钒中的一种或几种，磷源采用磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸铵、磷酸氧钒、磷酸钒中的一种或几种，钠源采用氟化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、乙酸钠、草酸钠中的一种或几种，氟源采用氟化铵、氟化钠中的一种或两种，钒源、磷源、氟源和钠源的化学计量比为2:2:(1～3):3，高能球磨时间为12
‑
24h，室温为25℃。4.根据权利要求2所述的一种瞬时焦耳热烧结合成氟磷酸钒钠材料的制备方法，其特征在于：在步骤2中，所述焦耳热烧结合成装置，包括电源模块、反应器模块和测温模块，电源模块为直流可编程电源，通过编制电流和电压随时间变化的函数程序，以调控负载于电热转换介质上的能量和温度变化，其中，函数程序包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁佳，刘宇航，陈亚楠，胡文彬，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：