[发明专利]一种无粘结剂Na3

说明书

本发明提供一种中间液相方法制备碳复合磷酸钒钠无粘结剂正极，具体步骤是称取钠源、钒源于小烧杯中，添加去离子水，搅拌30min至其完全溶解，将其转移至水热内胆中，添加去离子水至内胆体积的80%，在100~180℃的鼓风烘箱中水热12~48h。称取磷源及有机碳源于烧杯中，加入去离子水，搅拌20min至其完全溶解，之后将自然冷却后的中间相液体缓慢滴加到溶有磷源和有机碳源的烧杯中，搅拌20min至溶液变成橙黄色，加热浓缩至一定体积。之后将碳基体浸泡在液相前驱体中1‑4小时，并在80℃的鼓风烘箱中于24h烘干。将烘干后的碳基体在氮气气氛下350℃预烧2~6h，在650~850℃下煅烧6~12h，得到无粘结剂Na₃V₂(PO₄)₃/C电极。以其作为钠离子电池正极显示出较好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一类高性能无粘结剂钠离子电池正极，特别涉及一种Na₃V₂(PO₄)₃/C复合材料电极制备方法，属于电化学电源领域。

技术背景

锂离子电池因具有高能量密度、高安全性能、低自放电、长寿命、无记忆等优点，不仅广泛应用于各类便携电子设备的电源，也被视为未来电动汽车、野战通讯、大型储能电站的理想电源。然而，锂资源储量有限，随着锂离子电池需求越来越大，锂离子电池的成本也将越来越高。开发低成本的锂离子电池替代物显得尤为迫切。钠离子电池具有和锂离子电池相似的工作原理，但钠的成本远低于锂，在大规模应用方面具有明显的优势，从而成为了国内外电池企业及研究院所的重点研究对象。决定钠离子电池性能的关键在于电极。传统电极制备工艺通过将活性材料、导电剂、粘结剂混合，并涂覆在金属集流体上。导电剂、粘结剂的引入将增加电池重量，降低电池的能量密度。且活性材料与导电集流体间通过导电剂间接接触，将直接影响电极中电子传输过程，从而限制电池倍率性能。通过原位生长方式将电极材料直接生长在导电集流体上，不仅可以明显增强活性材料与集流体的电接触，而且可以有效减小导电剂、粘结剂所引起的容量损失，从而显著提升电池的性能。目前，现有正极材料主要为含钠过渡族金属化合物及磷酸铁钠，通常通过固相反应方法制备，反应过程较为复杂。关于直接将正极材料生长在导电集流体上用作无粘结剂电极的报道并不多见。

Na₃V₂(PO₄)₃是一种新型正极材料，有着较高的充、放电平台和可逆容量，且本身成本较低，具有较强的应用价值。本专利发明一种中间液相方法，制备Na₃V₂(PO₄)₃/C无粘结剂正极。一方面，利用中间液相具有较高的粘稠性，将反应原料均匀吸附在碳基体上，保证最终正极材料与基体之间良好的接触；另一方面，中间液相能够实现中间产物及添加成分之间的均匀混合，在固相反应中得到尺寸均匀的Na₃V₂(PO₄)₃颗粒；同时，中间液相有利于碳源引入，利用烘干过程中中间相液结晶诱导有机碳源分子在其表面吸附并在随后固相反应中原位炭化，实现Na₃V₂(PO₄)₃与C在微观尺度均匀复。最终，所制备的无粘结剂Na₃V₂(PO₄)₃/C电极作为钠离子电池正极显示出优异的电化学性能。

发明内容