【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池正极材料，涉及一类高性能的钠离子电池正极材料，特别涉及一种双碳协同钠离子电池正极材料na3v2(po4)3/c的制备方法。
技术介绍
1、锂离子电池由于质量轻﹑体积小﹑能量密度高，无记忆效应等优点，已被广泛应用于电子设备，动力汽车中。但是，锂离子电池仍存在电池安全、循环寿命和成本问题。而且，随着人类社会的发展，人类对锂离子电池的需求势必将大大增加，然而金属锂在地壳中的储量有限，仅有0.002％，且锂资源分布不均，大部分集中于海拔4000米以上，开采比较困难，其在大规模储能技术中的应用终将受到锂资源的制约。这些问题在很大程度上限制了锂离子电池在大规模储能上的应用。因此，开发资源丰富，价格合理、安全系数高、综合性能高的新型储能电池体系是当今社会发展的关键。相比之下，由于钠在地壳中含量丰富，分布广泛，而且，钠元素和锂元素位于同一主族，具有相似的充放电机制。因此，钠离子电池更具有环境和资源优势，是未来储能电网的重要选择之一，是下一代最有希望的候选材料。
2、聚阴离子型材料具有操作电势高，结构框架稳定，安全性好，因此，它们被认为是sib(sodium-ionbattery，钠离子电池)中最有前途的正极材料之一。钠快离子导体(nasicon)具有较大的三维网络结构和较高的钠离子导电率，同时具有稳定的骨架从而满足超高速和可逆的na+提取/插入。其中na3v2(po4)3/c材料是一种钠超离子导体，即具备nasicon结构，含有三维的开放通道，能够实现钠离子的快速迁移，然而由于vo6八面体排列的轻微扭曲和巨大
3、现有技术中，常采用液相反应法先制备前驱体，然后在惰性气氛下进行煅烧，得到目标产物。例如，cn 202111300358.2提供了一种磷酸钒钠碳复合材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：(1)每10ml去离子水中对应加入4mmol钒酸铵和12mmol草酸，在70℃温度下密封搅拌2小时，待溶液澄清后，加入6mmol磷酸二氢钠和1mmol蔗糖，在室温下继续搅拌4小时至溶液澄清，获得前驱体溶液；(2)将前驱体溶液与乙二醇按质量比1∶5混合，并连续搅拌3小时后，将其转移至水热反应釜中进行溶剂热反应，在180℃温度下保温12小时后，将样品取出，离心用乙醇洗涤并干燥获得中间产物；(3)将中间产物充分研磨后，放置于管式炉中在氩气气氛下，5℃/min升温至350℃保温4小时后，进一步以5℃/min升温至800℃保温6小时，自然冷却，取出样品即获得磷酸钒钠碳复合材料。上述专利的合成工艺复杂、工序繁琐，采用液相反应需要进行干燥导致合成周期长，不易控制，而且仅仅进行碳包覆，所得磷酸钒钠碳复合材料的导电性仍然较差，影响其电化学性能的发挥。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种双碳协同钠离子电池正极材料na3v2(po4)3/c的制备方法，以解决现有技术中“合成工艺复杂、工序繁琐，采用液相反应需要进行干燥导致合成周期长，不易控制，而且仅仅进行碳包覆，所得磷酸钒钠碳复合材料的导电性仍然较差，影响其电化学性能的发挥”的技术问题；该制备方法具有流程短、易控制、成本低的优势，制备的na3v2(po4)3/c纯度高，结晶度高，易于实现大规模生产。
2、为了达到上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供一种双碳协同钠离子电池正极材料na3v2(po4)3/c的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)以高价钒源化合物、磷源化合物、钠源化合物、还原剂和碳纳米管为原料，按照设定比例称量反应原料，机械球磨1～24小时，机械球磨采用干磨，以在常温下将高价钒还原成低价钒，得到前驱体；
5、(2)将步骤(1)所得前驱体进行煅烧处理，得到na3v2(po4)3/c材料。
6、优选的方案，所述高价钒源化合物为偏钒酸铵、五氧化二钒和二氧化钒中的一种或多种组合。所选钒源为高价钒，大大降低了合成条件和原料的成本。
7、优选的方案，所述磷源为磷酸二氢钠、磷酸钠、磷酸二氢铵和磷酸氢二铵中的一种或多种组合。
8、优选的方案，所述钠源为磷酸二氢钠、碳酸钠、硝酸钠、草酸钠、醋酸钠、氢氧化钠和柠檬酸钠中的一种或多种组合。
9、优选的方案，所述还原剂为草酸、抗坏血酸、柠檬酸、苹果酸、乙二酸、葡萄糖和蔗糖中的一种或多种组合。
10、优选的方案，步骤(1)中，机械球磨3～10小时；采用不锈钢罐，研磨介质为不锈钢珠，球料比为50～100:1，大中小珠质量比为5:2:3，大珠直径1cm，中珠0.6cm，小珠0.4cm，转速为200～600转/分钟。
11、优选的方案，步骤(1)中，按钠、钒、磷元素的摩尔比为3:2:3，还原剂和高价钒源化合物的摩尔比1:1～30:1，碳纳米管和高价钒源化合物的质量比1:200～1:10。
12、优选的方案，步骤(1)中，还原剂和高价钒源化合物的摩尔比3:1～15:1，碳纳米管和高价钒源化合物的质量比1:100～1:50。
13、优选的方案，步骤(2)中，将步骤(1)所得前驱体转入惰性气氛或者还原气氛中，在200～400℃保温2～6小时，然后升温至600～900℃保温4～8小时，控制升温速率为5℃/min。
14、本方法采用低温固相化学还原法将高价钒还原成低价钒，可实现钒的充分均匀还原，并实现反应原料的充分混合均匀，碳包覆增加界面传导，碳纳米管增加颗粒之间的传导，然后煅烧处理，得到双碳协同钠离子电池正极材料na3v2(po4)3/c。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果为：
16、1)本专利技术一种双碳协同钠离子电池正极材料na3v2(po4)3/c的制备方法，通过加入还原剂机械球磨，可实现高价钒的低温化学充分均匀还原，并使反应原料充分混合均匀，有效降低了合成成本，并有利于得到纯度和结晶性高的磷酸钒钠。
17、2)本专利技术制备的na3v2(po4)3/c材料，作为二次钠离子电池的正极材料，在2.5～4.0v范围内，首周放电容量达到110mah/g。
18、3)本专利技术制备的na3v2(po4)3/c材料，具有较好的电化学性能(具有非常优异的倍率放电性能)，安全性高，价格便宜，合成工艺简单、易控制，可以应用于储能设备、后备电源、储备电源等。
19、4)本专利技术一种双碳协同钠离子电池正极材料na3v2(po4)3/c的制备方法，合成周期短、原料廉价、工艺简单、易于控制，具有显著的实用价值和良好的应用前景。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种双碳协同钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种双碳协同钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C的制备方法，其特征在于，所述高价钒源化合物为偏钒酸铵、五氧化二钒和二氧化钒中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述一种双碳协同钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C的制备方法，其特征在于，所述磷源为磷酸二氢钠、磷酸钠、磷酸二氢铵和磷酸氢二铵中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述一种双碳协同钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C的制备方法，其特征在于，所述钠源为磷酸二氢钠、碳酸钠、硝酸钠、草酸钠、醋酸钠、氢氧化钠和柠檬酸钠中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述一种双碳协同钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C的制备方法，其特征在于，所述还原剂为草酸、抗坏血酸、柠檬酸、苹果酸、乙二酸、葡萄糖和蔗糖中的一种或多种组合。
6.根据权利要求1所述一种双碳协同钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C的制备方法，其特征在于
7.根据权利要求1所述一种双碳协同钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，按钠、钒、磷元素的摩尔比为3:2:3，还原剂和高价钒源化合物的摩尔比1:1～30:1，碳纳米管和高价钒源化合物的质量比1:200～1:10。
8.根据权利要求7所述一种双碳协同钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，还原剂和高价钒源化合物的摩尔比3:1～15:1，碳纳米管和高价钒源化合物的质量比1:100～1:50。
9.根据权利要求1所述一种双碳协同钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将步骤(1)所得前驱体转入惰性气氛或者还原气氛中，在200～400℃保温2～6小时，然后升温至600～900℃保温4～8小时，控制升温速率为5℃/min。
10.根据权利要求1～9中任一项所述制备方法制备得到双碳协同钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C。
...【技术特征摘要】
1.一种双碳协同钠离子电池正极材料na3v2(po4)3/c的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种双碳协同钠离子电池正极材料na3v2(po4)3/c的制备方法，其特征在于，所述高价钒源化合物为偏钒酸铵、五氧化二钒和二氧化钒中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述一种双碳协同钠离子电池正极材料na3v2(po4)3/c的制备方法，其特征在于，所述磷源为磷酸二氢钠、磷酸钠、磷酸二氢铵和磷酸氢二铵中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述一种双碳协同钠离子电池正极材料na3v2(po4)3/c的制备方法，其特征在于，所述钠源为磷酸二氢钠、碳酸钠、硝酸钠、草酸钠、醋酸钠、氢氧化钠和柠檬酸钠中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述一种双碳协同钠离子电池正极材料na3v2(po4)3/c的制备方法，其特征在于，所述还原剂为草酸、抗坏血酸、柠檬酸、苹果酸、乙二酸、葡萄糖和蔗糖中的一种或多种组合。
6.根据权利要求1所述一种双碳协同钠离子电池正极材料na3v2(po4)3/c的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，机械球磨3～10小时；采用不锈钢罐，研磨介...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。