[发明专利]一种导电高分子聚苯胺改性磷酸钒钠正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种导电高分子聚苯胺改性磷酸钒钠正极材料及制备方法，将钠源Na₂CO₃、钒源NH₄VO₃或V₂O₅和磷源NH₄H₂PO₄或(NH₄)₂HPO₄在无水乙醇介质中球磨6~10 h后，干燥，所得粉末于管式炉中预烧，得到前驱体；在前驱体中加入碳源，球磨，烘干后在管式炉中氮气气氛下进行烧结，得到碳包覆磷酸钒钠样品；将碳包覆磷酸钒钠材料加入到盐酸的乙醇/水溶液中超声得悬浮物加入苯胺单体（AN）、过二硫酸铵（APS），搅拌，得到黑色物质，将该黑色物质先后用去离子水、乙醇洗涤多次，真空干燥，得到聚苯胺改性磷酸钒钠样品，经过干燥、冲膜和压膜制成钠离子电池正极材料极片。

技术领域

本发明涉及一种导电高分子聚苯胺改性磷酸钒钠正极材料及其制备方法，属于电化学电源领域。

背景技术

近年来，随着电子设备、电动工具、小功率电动汽车等迅猛发展，人们对储能设备的需求越来越多，因此寻求原料资源丰富、价格低廉和安全无污染的新型储能材料是人类社会实现可持续性发展的必要条件。目前，锂离子电池是发展前景最为明朗的高能电池体系，然而地球上锂资源很少，加上锂离子电池的广泛应用，锂资源更加短缺，不适于大规模能量储存，以储量丰富、价格低廉（钠的基本原材料天然碱大约比锂的原材料碳酸锂便宜3.0~4.0倍）的钠为基础原料的钠离子电池受到了人们的广泛关注。近年来研究表明，钠离子电池完全能够与锂离子电池竞争，钠离子电池的研究开发在一定程度上可缓和因锂资源短缺引发的电池发展受限问题。

具有钠超离子导体（NASCION）结构的聚阴离子型材料成为钠离子电池正极材料的研究热点。其中，NASCION结构的磷酸钒钠（Na₃V₂(PO₄)₃），储钠平均电压较高，充放电电压平台位于3.4 V左右，具有供Na⁺离子快速迁移扩散的三维通道，钠离子扩散率较大，大电流充放电循环性能优异，而成为钠离子电池正极材料的重点研究对象。磷酸钒钠的基本三维框架由VO₆八面体和PO₄四面体通过共用角上的氧原子互相连接而成，每个金属V原子被6个PO₄四面体所包围，V原子中的电子传输被隔绝，导致其电子电导率极低，使得其大倍率性能较差。所以，提高材料的电导率是提高材料电化学性能的最简单、最有效的方法之一，导电高分子聚苯胺因其自身导电性高的优势可改善磷酸钒钠材料的电导性，有利于提升Na₃V₂(PO₄)₃的电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导电高分子聚苯胺改性磷酸钒钠正极材料（标记为NVP/C-PANI，N、V、P、C、PANI分别代表钠、钒、磷、碳和聚苯胺）。所涉及的NVP/C-PANI正极材料其合成原料为原材料包括钠源Na₂CO₃，钒源NH₄VO₃或V₂O₅，磷源NH₄H₂PO₄或(NH₄)₂HPO₄，碳源为葡萄糖或蔗糖，改性材料为聚苯胺。

所述的钠源、钒源和磷源的摩尔质量比为2.5~3.5 : 1.5~2.5 : 2.7~3.3。

所用的钠源、钒源、磷源和碳源的纯度均大于99%。