[发明专利]一种氟磷酸钒钠/碳复合物的制备及复合物的应用

说明书

本发明属于钠离子电池正极材料领域，特别涉及一种氟磷酸钒钠/碳复合物的制备及复合物的应用，所述正极材料的组成为Na₃V₂₍PO₄)₂F₃。本发明的Na₃V₂(PO₄)₂F₃是使用低温绿色的溶剂热‑球磨法制备出来的，与传统的球磨法相比，材料的制备不需要经过高温煅烧，能耗较低，绿色环保。所制备的Na₃V₂(PO₄)₂F₃/C复合物通过电化学性能测试，表现出接近理论比容量的放电比容量和优异的倍率性能，在便携式电子设备和快速充放电的设备中有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及钠离子电池正极材料领域，特别涉及一种氟磷酸钒钠/碳复合物的制备及其应用。

背景技术

能源是社会发展的重要推动力，目前所使用的能源主要分为可再生能源(风能、水能、太阳能等)和不可再生能源(煤、石油、天然气等)。由于不可再生能源资源短缺并对环境的污染严重，可再生能源的发展越来越受到人们的关注，但可再生能源不连续、不稳定，将其直接并网会对电网产生很大的冲击。储能技术是解决可再生能源不连续、不稳定的关键技术。在众多的储能技术中，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长等优点，被广泛地应用于各种便携式电子设备和电动汽车中，但锂资源储量有限、分布不均匀,限制了锂离子电池的规模化发展。

钠与锂具有相似的化学、物理性质，且Na的储量丰富(Na的丰度是Li的1000倍)，分布广泛，成本较低，钠离子电池的发展能够有效地缓解锂资源有限的问题。钠离子电池的容量受限于正极材料，发展正极材料是实现钠离子电池大规模应用的关键，氟磷酸钒钠具有NASICON(钠离子超导体)结构，钠离子脱嵌速度较快，结构稳定，并具有较高的电压平台和理论比容量，是一种很有应用潜力的正极材料。从目前的报道来看，氟磷酸钒钠的制备方法主要是溶胶-凝胶法和球磨法，这两种方法由于需要经过中高温预烧结(300℃-400℃)和高温煅烧成相的过程，能耗较高，而且制备过程复杂。要想实现氟磷酸钒钠的大规模应用，就必需找到一种绿色简单、能耗较低，溶剂热-球磨法因其能够在较低的温度(100-300℃)下形成亚临界或临界状态，从而使材料较好地成相，因此溶剂热-球磨法合成氟磷酸钒钠是实现其大规模应用的一种很好的方法。同时，同时，通过溶剂热-球磨法制备得到Na₃V₂(PO₄)₂F₃后，使用球磨方法对Na₃V₂(PO₄)₂F₃进行碳复合得到Na₃V₂(PO₄)₂F₃/C复合物，使用球磨法对Na₃V₂(PO₄)₂F₃进行碳复合使材料与碳的接触更加紧密，提高材料的导电性；其次，球磨使得Na₃V₂(PO₄)₂F₃颗粒减小，钠离子的脱嵌路径变短，钠离子的脱嵌速度得到极大的提升；另外，颗粒减小使得材料具有较大的比表面积，材料与碳和电解液的接触面积增加，电子与离子在材料界面的传输电阻变小，传递速度增加，提高材料的倍率性能。所制备的Na₃V₂(PO₄)₂F₃/C复合物通过电化学性能测试，表现出接近理论比容量的放电比容量和优异的倍率性能，在便携式电子设备和快速充放电设备中有很好的应用前景。

发明内容

本发明涉及一种低温制备氟磷酸钒钠/碳复合物的方法及其在钠离子电池中的应用。