[发明专利]一种高能量密度钠离子电池正极材料及制备方法和应用

权利要求书

1.一种高能量密度钠离子电池正极材料，其特征在于，所述高能量密度钠离子电池正极材料，是通过可激发出V⁴⁺/V⁵⁺(4.0V vs.Na⁺/Na)电压平台的金属离子取代Na₃V₂(PO₄)₃中不提供此高电压平台容量的V³⁺得到的。

2.根据权利要求1所述的高能量密度钠离子电池正极材料，其特征在于，所述取代通过以下操作实现：

将制备Na₃V₂(PO₄)₃所需的钒源原料与所述金属离子对应的金属盐按照比例进行混合，再与制备Na₃V₂(PO₄)₃所需的其他原料进行混合，得到混合物；

通过对所述混合物进行两次烧结，实现所述金属离子取代Na₃V₂(PO₄)₃中不提供V⁴⁺/V⁵⁺此高电压平台容量的V³⁺。

3.根据权利要求1所述的高能量密度钠离子电池正极材料，其特征在于，所述可激发出4.0V vs.Na⁺/Na电压平台的金属离子为Al³⁺。

4.根据权利要求3所述的高能量密度钠离子电池正极材料，其特征在于，所述高能量密度钠离子电池正极材料的化学式为Na₃V_2-xAl_x(PO₄)₃/C；其中，x大于0且小于等于0.5。

5.一种制备上述权利要求4任意一项所述高能量密度钠离子电池正极材料的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，将钠源、铝源、钒源和磷源，完全溶解于去离子水中，再加入碳源，充分溶解混合均匀，得到混合物；

步骤2，对所述混合物进行加热搅拌，并在加热搅拌后移至80℃真空烘箱中静置、烘干，研磨后得到前驱体粉末；

步骤3，将所述前驱体粉末置于Ar气氛的管式炉中进行预煅烧；

步骤4，将预煅烧得到的粉末进行研磨和二次煅烧，得到高能量密度钠离子电池正极材料Na₃V_2-xAl_x(PO₄)₃/C；其中，x大于0且小于等于0.5。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，钠源、铝源、钒源和磷源按照Na₃V_2-xAl_x(PO₄)₃的化学计量比进行添加，其中，x大于0且小于等于0.5；

所述碳源与所述Na₃V_2-xAl_x(PO₄)₃的摩尔比为10:1～1:1。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述钠源包括醋酸钠、硫酸钠、草酸钠、柠檬酸钠、硝酸钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种；

所述铝源包括硝酸铝、乙酸铝、三甲基铝和异丙醇铝中的至少一种；

所述钒源包括偏钒酸铵、偏钒酸钠、五氧化二钒、三氧化二钒、二氧化钒、硫酸氧钒、乙酰丙酮钒和三氯化钒中的至少一种；

所述磷源包括磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠和磷酸钠中的至少一种；

所述碳源包括草酸、抗坏血酸、柠檬酸、蔗糖、葡萄糖和苹果酸中的至少一种。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述预煅烧的温度为400～500℃，时间为4～6h。