一种钒基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钒基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法，涉及钠离子电池电极制备相关技术领域，具体为：采用低温水相法制备Na3(VO)2(PO4)2F材料，包括：将钒源、磷酸盐、钠盐、氟盐和还原剂加入水中，搅拌后升温至一定温度，冷凝回流至反应结束后，依次静置、离心、干燥，制得钒基聚阴离子型Na3(VO)2(PO4)2F钠离子电池正极材料。本发明专利技术使用蒸馏水为反应介质，水溶剂对反应原料钒源、磷酸盐、钠盐、氟盐的溶解能力强，易于混合，有利于提高材料产品的生产效率，且无有机溶剂，环境污染小。同时本发明专利技术反应条件温和，属于开放式反应系统，有利于规模化生产。利于规模化生产。利于规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种钒基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及钠离子电池电极制备相关
，具体而言，涉及一种钒基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]钠离子电池是一种低成本的电化学储能技术。钒基聚阴离子型Na3(VO)2(PO4)2F具有比容量大(约130mAh
·
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‑1)、工作电位高、离子传输快、结构框架稳定等特点，是一种有前景的高能量钠离子电池正极材料，近年来受到了人们的广泛关注。
[0003]目前，可用于制备Na3(VO)2(PO4)2F材料的方法主要有高温固相法和溶剂热法。其中，高温固相法是一种传统的无机材料粉体制备工艺，工艺简单，操作方便，且成本相对较低，可用于规模化生产；但是，该方法存在难以混合均匀、高温氟损失等问题，制备的材料产品一般纯度较低；而溶剂热法是以有机物为溶剂，在一定温度的密闭容器中进行目标反应的一种合成方法。该方法制备的材料产品纯度高且形貌均匀，但是由于无机盐(如NaF、NH4VO3等)在有机溶剂中溶解度低等原因，该方法存在产量低、产率低、难放大生产、废液环境污染大等问题。因此，开发低成本、绿色环保且易放大生产的Na3(VO)2(PO4)2F材料的制备方法显得尤其重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是现有的Na3(VO)2(PO4)2F材料制备方法存在难以混合均匀、高温氟损失或者产量低、产率低、难放大生产以及废液环境污染大的问题。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种钒基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法，采用低温水相法制备Na3(VO)2(PO4)2F材料，包括：
[0006]将钒源、磷酸盐、钠盐、氟盐和还原剂加入水中，搅拌后升温至80～120℃，冷凝回流至反应结束后，依次静置、离心、干燥，制得钒基聚阴离子型Na3(VO)2(PO4)2F钠离子电池正极材料。
[0007]进一步地，所述钒源为五氧化二钒或偏钒酸铵。
[0008]进一步地，所述磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢铵中的一种或者多种。
[0009]进一步地，所述钠盐为碳酸钠、硫酸钠的一种或多种；所述氟盐为氟化钠或氟化铵。
[0010]进一步地，所述钒基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法还包括：将氧化石墨烯作为薄层碳包覆剂加入到所述水中并超声分散于所述水中，再搅拌后升温至80～120℃。
[0011]进一步地，所述钒基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法还包括：
[0012]在氩气氛围下，将所述Na3(VO)2(PO4)2F材料在500～700℃的温度下进行热处理。
[0013]进一步地，所述还原剂为葡萄糖。
[0014]进一步地，所述葡萄糖、所述钒源、所述磷酸盐、所述钠盐和所述氟盐的物质的量比为(0～2):1:(1～6):(0～3):(0.5～4)。
[0015]进一步地，所述搅拌时间为15～120min。
[0016]进一步地，所述冷凝回流时间为4～24h。
[0017]本专利技术所述的钒基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法现对于现有技术的优势在于，本专利技术使用水为反应介质，水溶剂对反应原料钒源、磷酸盐、钠盐、氟盐的溶解能力强，易于混合，有利于提高材料产品的生产效率，且无有机溶剂，环境污染小。同时本专利技术反应条件温和，属于开放式反应系统，有利于规模化生产。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例1制备的Na3(VO)2(PO4)2F材料的X射线衍射(XRD)图谱；
[0019]图2为本专利技术实施例1制备的Na3(VO)2(PO4)2F材料的充放电曲线图；
[0020]图3为本专利技术实施例2制备的Na3(VO)2(PO4)2F材料的X射线衍射(XRD)图谱；
[0021]图4为本专利技术实施例2制备的Na3(VO)2(PO4)2F材料的充放电曲线图；
[0022]图5为本专利技术实施例3制备的Na3(VO)2(PO4)2F/C材料的X射线衍射(XRD)图谱；
[0023]图6为本专利技术实施例3制备的Na3(VO)2(PO4)2F/C材料的充放电曲线图。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。
[0025]本专利技术实施例为一种钒基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法，采用低温水相法制备Na3(VO)2(PO4)2F材料，包括：
[0026]将钒源、磷酸盐、钠盐、氟盐和还原剂加入水中，搅拌后升温至80～120℃，冷凝回流至反应结束后，依次静置、离心、干燥，制得钒基聚阴离子型Na3(VO)2(PO4)2F钠离子电池正极材料。
[0027]本专利技术实施例使用水为反应介质，水溶剂对反应原料钒源、磷酸盐、钠盐、氟盐的溶解能力强，易于混合，有利于提高材料产品的生产效率，且无有机溶剂，环境污染小。同时本专利技术实施例反应条件温和，属于开放式反应系统，有利于规模化生产。
[0028]在一些具体的实施例中，水可以为去离子水或蒸馏水。实现对反应原料的溶解混合。
[0029]在一些具体的实施例中，钒源为五氧化二钒或偏钒酸铵。
[0030]在一些具体的实施例中，磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢铵中的一种或者多种。由此，易于溶解，提高反应能力。
[0031]在一些具体的实施例中，钠盐为碳酸钠、硫酸钠的一种或多种。材料易得，成本低。
[0032]在一些具体的实施例中，氟盐为氟化钠或氟化铵。
[0033]在一些具体的实施例中，还包括：将氧化石墨烯作为薄层碳包覆剂加入到水中并超声分散于水中，再搅拌后升温至80～120℃。
[0034]由此，使用氧化石墨烯作为薄层碳包覆剂，氧化石墨烯在水溶液中极易分散，且在较低温条件下可以热还原成导电性良好的碳包覆层，通过超声实现氧化石墨烯的均匀分
散，有利于发挥薄层碳包覆剂的作用。
[0035]在一些具体的实施例中，钒基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法还包括：在氩气氛围下，将Na3(VO)2(PO4)2F材料在500～700℃的温度下进行热处理。
[0036]具体地，热处理的温度越高越有利于提高Na3(VO)2(PO4)2F材料的结晶度，但是研究发现温度太高容易导致材料失氟产生杂相，因此，限定热处理温度在500～700℃的温度范围，且实验结果表明，如图2所示，其中600℃是优选的热处理温度。由此，提高材料的结晶度和电化学性能。
[0037]在一些具体的实施例中，还原剂为葡萄糖。
[0038]由此，使用葡萄糖为还原剂，葡萄糖是一种来源丰富的碳水化合物，具有成本低、环境友好、溶解度高等特点，可以将原料中的五价钒还原成目标的四价钒。
[0039]在一些具体的实施例中，葡萄糖、钒源、磷酸盐、钠盐和氟盐的物质的量比为(0～2):1:(1～6):(0～3):(0.5～4)优选地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钒基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，采用低温水相法制备Na3(VO)2(PO4)2F材料，包括：将钒源、磷酸盐、钠盐、氟盐和还原剂加入水中，搅拌后升温至80～120℃，冷凝回流至反应结束后，依次静置、离心、干燥，制得钒基聚阴离子型Na3(VO)2(PO4)2F钠离子电池正极材料。2.根据权利要求1所述的钒基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述钒源为五氧化二钒或偏钒酸铵。3.根据权利要求1所述的钒基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢铵中的一种或者多种。4.根据权利要求1所述的钒基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述钠盐为碳酸钠、硫酸钠的一种或多种；所述氟盐为氟化钠或氟化铵。5.根据权利要求1所述的钒基聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，还包括：将氧化石墨烯作...

【专利技术属性】
技术研发人员：向兴德，杨小强，陈春霞，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：