[发明专利]一种氯磷酸钒氧钠正极材料、制备方法及钠离子电池

说明书

本发明公开了一种氯磷酸钒氧钠正极材料、制备方法及钠离子电池，分子式为Na₃(VO)₂(PO₄)₂F_xCl_y，空间群I4/mmm，属于四方晶系，所述Na₃(VO)₂(PO₄)₂F_xCl_y为均匀规则立方体形状，通过对材料的阴离子位进行调控，采用一步水热方式成功的制备得到具有高储存稳定性、优异电化学性能和全天候性能表现的钠电正极材料通过调控阴离子方式，即调控F、Cl阴离子的比例，并调控水热温度制备钠离子电池正极材料，制备氯磷酸钒氧钠正极材料的具有更为优异的电化学性能，合成工艺方法简单，无需精密的仪器，适用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及钠离子电池正极材料技术领域，具体为一种氯磷酸钒氧钠正极材料、制备方法及钠离子电池。

背景技术

为了开发高性能钠离子电池(SIBs)，迫切需要先进的电极材料。相比于正极材料，负极材料所受关注度更高，研究的更为成熟。例如：硬碳、合金类化合物、硒化物等负极材料已经背证明具有优异的储钠特性和未来的发展前景。因此，SIBs的电化学性能在很大程度上侧重于它们的阴极材料。而在正极材料研究过程中更多的关注材料的电化学性能：高倍率、长循环、高能量密度和宽温区的性能，而忽略了材料的存储性能。材料的存储性能往往在实际应用中具有重要的意义。它不仅影响材料的电化学性能，也与制造电池成本息息相关。

而大多数正极材料都面临存储问题，长时间暴露在空气中，会导致材料吸水并与空气中的CO₂进行反应，损害材料表面失活和电化学性能降低。

在众多正极材料中，层状氧化物和聚阴离子化合物是具有代表性和未来实际应发展前景的正极材料，同时也面临巨大的存储挑战。O₃型氧化物是氧化物材料中比较典型的材料，已经被广泛研究并获得令人满意的电化学性能。然而，O3型氧化物稳定性较差，易与空中的水反应。例如NaMO₂、(M＝Fe,Mn,Cr)材料，在与水接触事会发生Na⁺/H⁺交换反应，形成MOOH和NaOH,、与空气中CO₂反应形成绝缘的Na₂CO₃和NaHCO₃，使钠扩散到材料表面的同时，还会在材料内部形成惰性颗粒，造成整个电极的失活。

聚阴离子化合物通常被认为是一种较为稳定的正极材料，具有较强的共价键可以稳定晶格中的氧，使其具有较高的结构稳定性和安全性。聚阴离子化合物除了具有较差的电子电导率，还有另一个问题是具有很强的吸水性，表面与水接触会生成NaOH，会对电化学性能具有很大的影响。会与空气中的CO₂反应在材料表面形成绝缘的Na₂CO₃和NaHCO₃严重影响了材料的电化学性能表现。例如Na₂Fe₂(SO₄)₃、Na₃V₂(PO₄)₃、Na₄Fe₂(PO₄)₂P₂O₇等聚阴离子类型材料具有较强的吸水性，此外，Na₃TiV(PO₄)₃结构稳定性较差，在空气中放置30天后，会自发进行脱钠行为转变生成Na₂TiV(PO₄)₃。因此，此类材料不宜长时间暴露空气中，这将为材料的存储带来了极大的挑战。