[发明专利]一种焦磷酸钒钠@碳复合正极材料、制备及应用

说明书

本发明公开了一种钠离子电池焦磷酸钒钠正极材料的制备方法，制备出碳包覆微球结构的焦磷酸钒钠。钒源和碳源经过水热、预烧结制备出预先包覆碳层的氧化钒，再与钠源和磷源球磨，然后经过喷雾造粒得到微球状前驱体，前驱体经煅烧、洗涤、干燥后得碳包覆的微球结构的焦磷酸钒钠。此外，本发明还公开了采用所述的制备方法制得的钠离子电池正极材料。所制备的材料为一次纳米颗粒形成的二次微球，该材料用于钠离子电池，展示出优异的电化学性能，具有工业化应用前景。

技术领域

本发明属于钠离子电池领域，具体涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

目前，煤炭、石油等化石燃料仍然是主要的供电资源。然而随着人类不合理、无节制的开采和利用，加上回收利用的不系统、不合理、不科学，化石能源日趋紧张。为了解决该问题，大规模储电技术成为了一个重要的研究领域。其中，二次电池由于具有较高的能量密度和转化效率，成为了大规模储电的优先选择，而具有循环寿命长且能量密度高的锂离子电池被认为是最具有前途的二次电池。自20世纪90年代锂离子电池成功问世以来，其在电动汽车、便携电子设备等方面得到了相当广泛的应用，但随着锂离子电池的不断进步与发展以及人们对二次电池的需求以及要求的提高，一系列的隐患和问题也逐渐暴露在了人们的视野当中，因此开发一种价格低廉、可持续发展的电池体系迫在眉睫。

钠和锂位于同一主族，具有相似的物理和化学性质，且钠资源储量丰富，可以不断的从海水中提取。虽然相比于锂而言，钠离子半径较大、标准电化学电位较低，导致钠离子电池的能量密度和功率密度相对较低，但未来随着市场需求的增加以及电池尺寸大小的优化，成本低廉、安全性高的钠离子电池具有相当广阔的前景，势必会成为后锂时代最重要的发展方向之一。

目前，基于材料开发成本以及应用前景的考虑，钠离子电池中研究较多的、最受科研人员关注当属钠离子电池正极材料。目前报道的储钠正极材料主要有聚阴离子型化合物、普鲁士蓝类钠盐和过渡金属氧化物。过渡金属氧化物有钴酸钠、锰酸钠等，其特点在于电子导电率好，容量较高，但是它们的循环性能很差，且耐过充性能和热稳定性能差。普鲁士蓝类钠盐Na_xM_y[Fe(CN)₆](M＝Fe，Co，Ni，Cu等)是一类含有变价过度金属的配合物，这类化合物具有完整的立方晶型，具有三维的空间结构，存在着大量配位空隙，有利于钠离子的可逆脱出和嵌入，但这类化合物的容量衰减机制尚不清楚。聚阴离子型化合物主要有过渡金属(焦)磷酸盐，氟磷酸盐等。磷酸盐类化合物常以快钠离子导体或橄榄石结构稳定存在，含有较大的离子通道和三维开放性的结构骨架。过渡金属磷酸盐的框架结构较为稳定，用于正极时充放电过程中，具有较好的循环稳定性和较高的安全性能，但是这类材料的主要缺点是电子电导率低，钠离子与磷酸盐骨架结合力强导致钠离子扩散速度较慢，体积能量密度小，高倍率放电时容量衰减大。而且这类材料的合成主要都采用高温固相法，成本高，并且制备过程工艺复杂，易造成环境污染。而在这一系列正极材料中，聚阴离子型化合物由于其高电压、长循环和优异的安全性等特性而备受关注。

发明内容

本发明第一目的在于提供一种焦磷酸钒钠@碳复合正极材料。

本发明第二目的在于提供一种焦磷酸钒钠@碳复合正极材料的制备方法，旨在提供一种工艺简单、重复性好、成本低廉、环境友好的制备方法。

本发明第三目的在于提供所述的正极复合材料的在钠离子电池领域的应用，旨在通过所述的正极材料，提升钠离子电池的电化学性能。

一种焦磷酸钒钠@碳复合正极材料，其特征在于，为由包覆有碳的焦磷酸钒钠纳米颗粒组装而成的微球状颗粒。

包覆有碳的焦磷酸钒钠纳米颗粒的粒径为100-200nm；比表面积为20-400m²/g；包覆碳层厚度为5-40nm。

所述复合正极材料的微球状颗粒的粒径为5-30μm。