[发明专利]不同价态锰掺杂Na3

说明书

本发明属于纳米材料与电化学技术领域，具体涉及一种不同价态锰掺杂Na₃V₂(PO₄)₂F₃碳包覆立方晶型材料及其制备方法和应用。基于柠檬酸水溶液、碳源和还原剂，调整锰源(Mn²⁺、Mn³⁺、Mn⁴⁺)，改变Mn离子的价态，从而对钒位进行改性，制备出晶型稳定的锰掺杂氟代磷酸钒钠。该材料结合了阳离子掺杂、碳包覆和引入氧空位的独特优势。作为钠离子电池活性材料时，该材料显示出优异的循环稳定性与高倍率特性，是高倍率、长寿命、高稳定性钠离子电池的潜在应用材料。本发明工艺简单，符合绿色化学的要求，对设备要求低，有利于市场化推广。

技术领域

本发明属于纳米材料与电化学技术领域，涉及一种钠离子正极材料，具体涉及一种不同价态锰掺杂Na₃V₂(PO₄)₂F₃碳包覆立方晶型材料及其制备方法，该材料可作为高倍率、长寿命、高稳定性钠离子电池正极活性材料。

背景技术

发展可再生和可持续能源来替代化石燃料是推动经济和社会可持续发展的主要方向，但其面临两个重大挑战，一是能源产生的效率问题，二是如何使能源轻量化和高性能化的问题。锂离子电池虽然拥有较高的能量密度、长循环寿命和较宽的工作电压窗口等优点，早在20世纪末就得到广泛商用，但由于锂在地壳中的储量有限，使得金属锂的价格不断升高，同时，锂离子电池的能量密度和电池安全性也越来越难以满足人们的需求，因此，有必要发展其他廉价、安全性更高的电池，来减少锂离子电池的使用。

钠离子电池凭借钠储量丰富、安全性高和价格低廉等优势被认为是下一代极具潜力的商用化电池。近年来钠离子电池受到广泛研究，在阴极材料，阳极材料，电解液以及粘结剂方面都有诸多进展。然而，钠离子半径相较于锂离子大，因此，对于阴极材料而言，需要有一个较大的离子扩散通道供给钠离子的脱出和嵌入。

NVPF作为氟磷酸根化合物的一种，同样具备了磷酸根化合物的聚阴离子特性。[PO₄^-]四面体结构单元由很强的共价键紧密连接，将聚阴离子基团和过渡金属的价电子隔离开来。从而调节过渡金属氧化物氧化还原偶联的能量，产生较高的工作电位。同时，独特的NASICON结构带来较宽的钠离子嵌入脱出通道，在充放电过程中能维持结构的稳定。钒系磷酸盐材料中过渡金属离子的价态可以在较宽的范围内变化，因此，可以通过多电子反应获得较高的储钠容量。但NVPF材料本身是低电导性和低离子传导性的材料。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种不同价态锰掺杂Na₃V₂(PO₄)₂F₃碳包覆立方晶型材料及其制备方法，其工艺简单、符合绿色化学的要求，制得的不同价态锰掺杂Na₃V₂(PO₄)₂F₃碳包覆立方晶型材料具有优良的电化学性能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：不同价态锰掺杂Na₃V₂(PO₄)₂F₃碳包覆立方晶型材料由Na₃V_1.95Mn_0.05(PO₄)₂F₃立方体和其表面的碳包覆层组成。

不同价态锰掺杂Na₃V₂(PO₄)₂F₃碳包覆立方晶型材料的制备方法，包括以下步骤：