[发明专利]富钠相磷酸锌钒钠复合材料及制备和应用

说明书

本发明提供一种富钠相磷酸锌钒钠复合材料及制备方法和应用，包括如下步骤：将钒源、钠源、磷源、锌源按照元素摩尔比为(2‑x)：(3+x)：3：x称取，0.001≤x≤1，并与原材料重量2‑30％的碳源溶解于去离子水中，在磁力搅拌下充分反应后蒸干，预烧，压片，煅烧，得到碳复合的富钠相磷酸锌钒钠复合材料。富钠相磷酸锌钒钠复合材料应用在钠离子电池中，作为钠离子电池的正极，本发明通过在磷酸锌钒钠电正极材料的制备过程中引入替换钒位点的锌离子、钠源以及碳源进行复合合成碳复合的富钠相磷酸锌钒钠复合正极材料，进而达到增强其电子导电性、离子电导率和提高结构稳定性的目的。

技术领域

本发明属于钠离子电池正极制备技术领域，提出了一种基于锌离子掺杂的富钠正极材料的制备方法及其用途。

背景技术

钠离子电池由于具有资源丰富，性价比高的优点，同时由于钠离子具有比锂离子更小的斯托克斯直径，所以在低浓度钠基电解液中具有较高的离子导电率，有望替代锂离子电池在储能市场的应用。

然而，由于钠离子较大的离子半径，对于嵌入脱出的正极材料具有更严苛的结构需求，因此开发新型稳定结构的正极材料是提高钠离子电池性能的关键。对于现有钒基正极材料磷酸钒钠，集高平台电压(～3.4V)，高理论比容量(117.6mAh·g^-1)以及高热稳定性等优势于一体，具有开放的NASICON的3D结构而导致较大的比表面积提供较多活性位点，因此具有较好的发展前景。但其结构导致的较差的本征电子导电性阻碍了其应用。针对电子导电性的优化，通常采用三种方法：1.导电材料包覆；2.掺杂；3.颗粒尺寸调整，但方法1和3并未提高材料的本征导电性，而方法2虽然能提高材料本征电子导电率，但同时对掺杂后材料的结构稳定性提出了挑战。

发明内容

针对现有钠电钒基正极材料的低电子导电性的缺陷，本发明提出了一种合成新型富钠锌离子掺杂的磷酸钒钠正极材料以及其制备方法，有效提高了正极材料的电子导电性以及材料结构的稳定性，在电化学测试中表现了优异的倍率性能以及循环性能。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种富钠相磷酸锌钒钠复合材料的制备方法，包括如下步骤：将钒源、钠源、磷源、锌源按照元素摩尔比为(2-x)：(3+x)：3：x称取，0.001≤x≤1，并与原材料重量2-30％的碳源溶解于去离子水中，在磁力搅拌下充分反应后蒸干，预烧，压片，煅烧，得到碳复合富钠相磷酸锌钒钠复合材料。

作为优选方式，所述的钒源选自五氧化二钒、偏钒酸铵中至少一种。

作为优选方式，所述的钠源选自氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、醋酸钠和草酸钠中的至少一种。

作为优选方式，所述的磷源选自磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸和磷酸钠中的至少一种。

作为优选方式，所述锌源选自碳酸锌、硝酸锌、氢氧化锌、草酸锌、醋酸锌中的至少一种。

作为优选方式，所述的碳源选自石墨、碳管、炭黑、蔗糖、葡萄糖、柠檬酸中的至少一种。

作为优选方式，磁力搅拌时间为1-3h。

作为优选方式，蒸干具体为：50-90摄氏度加热5-10h；

并且/或者预烧具体为：300-400摄氏度下预烧4h；

并且/或者压片具体为：10-15MPa压力下压片；

并且/或者煅烧具体为：在50-100cc Ar氛围中以10℃/min的升温速率升温到700-1000℃，煅烧8-16h。

本发明还提供一种所述制备方法得到的富钠相磷酸锌钒钠复合材料，所述材料的化学通式为Na_3+xV_2-xZn_x(PO₄)₃/C，所述x范围为0.001≤x≤1。