一种钠电池用钒磷酸钠正极材料的制备方法与流程

本发明涉及钠电池，具体涉及一种钠电池用钒磷酸钠正极材料的制备方法。

背景技术：

1、钠离子电池与锂离子电池最大的区别在于正极材料。正极材料使用钠资源，将为钠离子电池提供巨大的成本优势，各类基于钠资源的正极材料，在材料成本上均远低于锂离子电池的正极材料。从目前的研究现状来看，正极材料的性能是决定钠离子电池体系性能的关键，因此研究和开发价格低廉且性能优异的正极材料并提升产业化水平是推进钠离子电池应用的关键。

2、在众多钠离子电池正极材料中，具有nascon结构的钒磷酸钠(na3v2(po4)3)逐渐得到人们的关注，该结构的化合物具有比较大的储钠位点，钠离子能够比较容易的在该结构中进行脱嵌，因此该结构的化合物有最高的离子迁移率。

3、现有钒磷酸钠正极材料的制备多采用溶胶-凝胶工艺，传统的溶胶-凝胶工艺存在凝胶化时间长和由于前体的不均匀混合而导致的不均匀凝胶化；同时，传统的溶胶-凝胶工艺所制备的钒磷酸钠正极材料的倍率性能和循环性能有待进一步的提高。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种钠电池用钒磷酸钠正极材料的制备方法。

2、本发明公开了一种钠电池用钒磷酸钠正极材料的制备方法，包括：

3、在水性溶剂中加入钠源、钒源、磷源和胶凝剂/螯合剂，搅拌均匀，制得溶胶；

4、将溶胶置于开放的容器内并进行微波辐射，制得凝胶或半凝胶；

5、对凝胶或半凝胶进行真空冷冻干燥，制得干凝胶；

6、对干凝胶先进行研磨，而后在保护气氛下进行煅烧处理，制得钠电池用钒磷酸钠正极材料。

7、作为本发明的进一步改进，所述钠源包括磷酸二氢钠、二水合乙酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠中的至少一种。

8、作为本发明的进一步改进，所述钒源包括五氧化二钒、偏钒酸铵、三氧化二钒中的至少一种。

9、作为本发明的进一步改进，所述磷源包括磷酸铵、磷酸二铵、磷酸二氢铵、磷酸和磷酸二氢钠中的至少一种。

10、作为本发明的进一步改进，所述胶凝剂/螯合剂包括由柠檬酸、抗坏血酸、草酸、葡萄糖酸中的至少一种。

11、作为本发明的进一步改进，所述溶胶的制备方法，包括：

12、在水性溶剂中加入钠源、钒源、磷源和胶凝剂/螯合剂，并在60℃～90℃条件下不断搅拌，得到溶胶。

13、作为本发明的进一步改进，所述微波辐射所需的工艺参数为：

14、气压为大气压，加热温度为60～120℃，加热时间为4～8min。

15、作为本发明的进一步改进，所述真空冷冻干燥的工艺参数为：冷冻温度为-10～-50℃。

16、作为本发明的进一步改进，所述煅烧处理的工艺参数为：

17、先在300～400℃下预热3～4h，而后在600～800℃下预热6～8h。

18、作为本发明的进一步改进，煅烧处理所需的保护气包括氩气、氮气中的一种。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、与传统的溶胶-凝胶合成路线相比，本发明的合成路线一方面可降低凝胶化时间，提高凝胶的均匀性，从而容易获得具有均匀且可控的粒度分布的磷酸钒钠；另一方面可制得多孔结构的磷酸钒钠，其在使用时，有利于提高电极材料与电解液的接触面积，增加钠离子的活性位点和缩短钠离子的扩散路径，从而提高其倍率性能和循环性能。

技术特征：

1.一种钠电池用钒磷酸钠正极材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的钠电池用钒磷酸钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述钠源包括磷酸二氢钠、二水合乙酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠中的至少一种。

3.如权利要求1所述的钠电池用钒磷酸钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述钒源包括五氧化二钒、偏钒酸铵、三氧化二钒中的至少一种。

4.如权利要求1所述的钠电池用钒磷酸钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述磷源包括磷酸铵、磷酸二铵、磷酸二氢铵、磷酸和磷酸二氢钠中的至少一种。

5.如权利要求1所述的钠电池用钒磷酸钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述胶凝剂/螯合剂包括由柠檬酸、抗坏血酸、草酸、葡萄糖酸中的至少一种。

6.如权利要求1所述的钠电池用钒磷酸钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述溶胶的制备方法，包括：

7.如权利要求1所述的钠电池用钒磷酸钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述微波辐射所需的工艺参数为：

8.如权利要求1所述的钠电池用钒磷酸钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述真空冷冻干燥的工艺参数为：冷冻温度为-10～-50℃。

9.如权利要求1所述的钠电池用钒磷酸钠正极材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理的工艺参数为：

10.如权利要求1所述的钠电池用钒磷酸钠正极材料的制备方法，其特征在于，煅烧处理所需的保护气包括氩气、氮气中的一种。

技术总结
本发明公开了一种钠电池用钒磷酸钠正极材料的制备方法，包括：在水性溶剂中加入钠源、钒源、磷源和胶凝剂/螯合剂，搅拌均匀，制得溶胶；将溶胶置于开放的容器内并进行微波辐射，制得凝胶或半凝胶；对凝胶或半凝胶进行真空冷冻干燥，制得干凝胶；对干凝胶先进行研磨，而后在保护气氛下进行煅烧处理，制得钠电池用钒磷酸钠正极材料。本发明的合成路线一方面可降低凝胶化时间，提高凝胶的均匀性，从而容易获得具有均匀且可控的粒度分布的磷酸钒钠；另一方面可制得多孔结构的磷酸钒钠，其在使用时，有利于提高电极材料与电解液的接触面积，增加钠离子的活性位点和缩短钠离子的扩散路径，从而提高其倍率性能和循环性能。

技术研发人员：张永,李存彪,李慧艳,张韵茹,张全英,马法兴
受保护的技术使用者：钠悦新能源（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11