[发明专利]一种离子掺杂磷酸盐正极材料的制备及应用方法

权利要求书

1.一种离子掺杂磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)配置柠檬酸水溶液，其中柠檬酸作为碳源及络合剂；将过渡金属元素锰源、铬源，以及掺杂元素M的原料按照化学计量比加入其中，搅拌20-40分钟使其完全溶解并充分络合；随后加入钠源，磷源及额外碳源，继续搅拌20-40分钟得到澄清溶液；

掺杂元素M包括Mg、Zr、Al中一种或多种，其原料包括相应的醋酸盐、硝酸盐、氧化物中至少一种；

2)将上述溶液在热水浴中搅拌，直到形成绿色凝胶，随后将凝胶放置在鼓风干燥箱中加热以完全去除水分，研磨成粉末得到前驱体；

3)将上述前驱体粉末置于管式炉中，在惰性气氛保护下高温煅烧得到掺杂改性的磷酸盐正极材料Na_(4-a)Mn_xCr_yM_z(PO₄)₃，其中a为异价掺杂取代后Na含量的变量；且有x+y+z＝2；

所述步骤3)中惰性气氛包括氩气、氮气中的一种或多种混合；煅烧温度为700℃，升温速率4℃min^-1，煅烧时间为8小时，随后随炉冷却到室温取出。

2.根据权利要求1所述离子掺杂磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中掺杂元素M的含量z为0.05-0.5。

3.根据权利要求1所述离子掺杂磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中锰源包括乙酸锰、硝酸锰、乙酰丙酮锰中至少一种；铬源包括硝酸铬、乙酸铬、三氧化二铬中至少一种；钠源包括乙酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠中至少一种；磷源包括磷酸、磷酸二氢铵中至少一种；额外碳源包括抗坏血酸、葡萄糖、甲基纤维素中至少一种。

4.根据权利要求1所述离子掺杂磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中热水浴温度为70-90℃；鼓风干燥箱温度为100-120℃，干燥时间为3-8小时。

5.采用权利要求1所述方法制备的离子掺杂磷酸盐正极材料的应用方法，其特征在于：将掺杂改性的磷酸盐正极材料Na_(4-a)Mn_xCr_yM_z(PO₄)₃，导电炭黑，粘结剂羧甲基纤维素钠(CMC-Na)按70:20:10质量比混合，研磨均匀后涂覆在铝箔集流体上，烘干制成钠离子电池正极片。

6.根据权利要求5所述离子掺杂磷酸盐正极材料的应用方法，其特征在于：将掺杂改性的磷酸盐正极材料Na_(4-a)Mn_xCr_yM_z(PO₄)₃，导电炭黑，粘结剂羧甲基纤维素钠(CMC-Na)混合制成的电极片作为钠离子电池正极，以金属钠为对电极，浓度为1molL^-1的NaClO₄/PC中加入5vol％氟代碳酸乙烯酯(FEC)为电解液，玻璃纤维为隔膜，在水、氧含量均小于0.01ppm的高纯净氩气气氛手套箱中装配成型号为CR2032纽扣电池。