[发明专利]钠离子电池用稀土金属掺杂的正极材料及其制备和应用

权利要求书

1.钠离子电池用稀土金属掺杂的正极材料，其特征在于：所述正极材料的组成为Na₃V_2-xM_x(PO₄)₃，其中M为稀土金属元素，x的范围为0.005-1。

2.一种权利要求1所述正极材料的制备方法，其特征在于：正极材料通过以下步骤制备而成：

1)按摩尔比为3:(2-x):x:3称量钠盐、五价钒源、稀土金属盐、磷酸盐；

2)将五价钒源、稀土金属盐和还原剂混合，加入溶剂溶解，在50-90℃温度下加热搅拌成均匀混合溶液；还原剂的用量是以大于等于其恰好将V⁵⁺完全还原为V³⁺的化学计量比加入；

3)将步骤1)称量好的钠盐、磷酸盐和碳源加入步骤2)混合溶液中，搅拌形成溶胶A；

4)将溶胶A在真空温度为60-80℃下旋蒸0.5-2h，形成凝胶B；

5)将凝胶B在100-150℃下真空干燥5-20h，形成电极材料前驱体C；

6)将前驱体C在惰性气氛中经200-400℃条件下预烧结2-6h、600-900℃高温烧结4-20h，即得稀土金属掺杂的正极材料。

3.根据权利要求2所述的正极材料的制备方法，其特征在于：所述的钠盐为醋酸钠、氯化钠、硝酸钠等的一种或二种以上，所述五价钒源为偏钒酸铵、五氧化二钒中的一种或二种混合，所述磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸钾和磷酸钠中的一种或二种以上，所述稀土金属盐为含有稀土金属的磷酸盐、硝酸盐、氯化盐、醋酸盐中的一种或二种以上。

4.根据权利要求2所述的正极材料的制备方法，其特征在于：所述的稀土金属为镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)和钇(Y)共17种元素中的一种或两种以上。

5.根据权利要求2所述的正极材料的制备方法，其特征在于：所述的还原剂为草酸、抗坏血酸、甲醛、乙醛、正丁醛、柠檬酸、蔗糖、苹果酸、乙二酸、己二酸中的一种或两种以上。

6.根据权利要求2所述的正极材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中所述的溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种；溶质与溶剂质量比为1:(10～20)。

7.根据权利要求2所述的正极材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中所述的碳源为草酸、抗坏血酸、甲醛、乙醛、正丁醛、柠檬酸、蔗糖、苹果酸、乙二酸、己二酸中的一种或两种以上；碳源质量为五价钒源、稀土金属盐、钠盐、磷酸盐和碳源总质量的10-30％。

8.根据权利要求2所述的正极材料的制备方法，其特征在于：步骤6)中惰性气氛为氮气或氩气气氛。

9.一种权利要求1所述正极材料的应用，所述正极材料Na₃V_2-xM_x(PO₄)₃应用于钠离子电池中。