[发明专利]一种正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种正极材料及其制备方法和应用。本发明提供的正极材料的化学组成为Na₃V₂(PO₄)₂O_xF_y，其中x为1～2，y为1～2，y/x的值为0.5～2。在本发明中，氟较磷酸根具有较低的分子量，利用氟取代部分磷酸根降低了正极材料Na₃V₂(PO₄)₂O_xF_y的摩尔质量，从而提升了正极材料的放电比容量；同时氟较磷酸根具有较强的电负性，利用氟取代部分磷酸根能够诱导提升钒在正极材料中的价态，进一步提高正极材料的工作电压。本发明通过调节F、O的摩尔比进一步控制正极材料的工作电压和放电容量，使得所述正极材料具有高电压、高容量和高能量密度的特点。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度和长循环寿命的优势，被广泛应用于可充电便携式设备和新能源汽车领域。但是锂资源储备量有限，随着市场需求量的不断增加，锂离子电池的制造成本日益提高，这严重的阻碍了锂离子电池的进一步发展和大规模化应用。钠具有与锂相似的化学特性，而且钠资源丰富且分布广泛，价格较为便宜，这有利于钠离子电池在未来能源存储系统中成为最具有发展潜力的储能器件之一。

目前钠离子电池的正极材料主要包括层状氧化物、橄榄石结构的磷酸铁钠、NASICON结构磷酸钒钠，其中NASICON结构磷酸钒钠(NVP)具有较高的离子电导率且具有优异的热稳定性和循环稳定性，是一种重要的钠离子电池的正极材料。但这些材料本身的放电容量较低并且工作电压较低，会降低正极的能量密度，减少钠离子电池的循环寿命并降低钠离子电池的倍率性能。

因此开发高放电容量、高电压、高能量密度的正极材料具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种正极材料及其制备方法和应用，本发明提供的正极材料具有较高的工作电压、放电比容量和能量密度。

本发明提供了一种正极材料，所述正极材料的化学组成为Na₃V₂(PO₄)₂O_xF_y，其中x为1～2，y为1～2，y/x的值为0.5～2。

优选的，所述正极材料的化学组成包括Na₃V₂(PO₄)₂O₂F、Na₃V₂(PO₄)₂O_1.8F_1.2、Na₃V₂(PO₄)₂O_1.6F_1.4、Na₃V₂(PO₄)₂O_1.4F_1.6、Na₃V₂(PO₄)₂O_1.2F_1.8或Na₃V₂(PO₄)₂OF₂。

上述技术方案所述正极材料的制备方法，包括以下步骤：

提供钒基磷酸盐，所述钒基磷酸盐为VPO₄和VOPO₄的混合物或VOPO₄；