[01483446]一种高倍率钠离子电池复合正极材料及其制备方法

①课题来源与背景： 随着低炭经济的到来,新型绿色能源的综合高效开发利用已得到研究人员的广泛关注。为提高风电等入网效率、实现电力的削峰填谷、改善电力供需矛盾、提高发电设备利用率、发展智能电网,研究和开发高效、廉价的大规模储能技术,成为电力能源可持续发展的关键环节,也是国家未来能源战略的重要组成部分。电化学储能具有能量密度高、响应时间快、维护成本低、灵活方便等优点,成为目前大规模储能技术的发展方向。目前,锂离子电池是发展前景最好的电池体系。但是随着锂离子电池应用范围的不断扩大,对锂的需求量也在日益加剧。然而锂的储量比较少且价格昂贵。对于发展大规模储能电池系统来说,电池的制造成本也是一个重要的考虑因素。基于此,我们迫切需要发展一种新型的高性能储能器件。 ②技术原理及性能指标： 一种高倍率钠离子电池复合正极材料的制备方法,其特征在于：该钠离子电池复合正极材料具体是磷酸钒钠/碳/石墨烯复合正极材料,其步骤为：（1）将钠源、钒源和磷源加入到双氧水和去离子水的混合溶剂中,搅拌溶解后,再加入碳源有机物和氧化石墨烯,然后油浴搅拌烘干,得到干凝胶前驱体,其中,所述双氧水和去离子水的体积比为1/100-1/1,碳源有机物的加入量为磷酸钒钠质量的10-50wt％,氧化石墨烯的加入量为磷酸钒钠质量的1-40wt％;（2）将步骤（1）中得到的干凝胶前驱体在氩气气氛中进行预烧结和烧结处理,即制得磷酸钒钠/碳/石墨烯复合正极材料;上述预烧结的具体过程为：将步骤（1）得到的干凝胶前驱体粉末放入管式炉中在氩气氛围下300-450℃预烧结1-12小时;烧结处理的具体过程为：将预烧结后的预烧粉再研磨,然后放入管式炉中在氩气氛围下700-900℃烧结6-24小时,即得磷酸钒钠/碳/石墨烯复合材料,制备所得磷酸钒钠颗粒的大小为50-200纳米,被石墨烯纳米片包裹着,同时磷酸钒钠颗粒表面还包覆着一层无定形碳。 ③技术的创造性与先进性： 本发明的目的在于克服现有技术中NVP的电子电导率比较低,其倍率性能不太理想的不足,提供了一种高倍率钠离子电池复合正极材料及其制备方法,采用本发明的技术方案,能够利用合成大批量的磷酸钒钠/碳/石墨烯复合正极材料粉体,并应用于钠离子电池正极材料,对钠片做半电池的电化学性能测试能够获得较高的比容量、稳定的循环性能和优异的倍率性能。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性： 本发明的一种高倍率钠离子电池复合正极材料的制备方法,其干凝胶前驱体由钠源、钒源、磷源、碳源有机物和氧化石墨烯混合后油浴搅拌烘干而成,干凝胶前驱体在氩气气氛中进行预烧结和烧结处理,即制得磷酸钒钠/碳/石墨烯复合正极材料,本发明的方法中用到的反应装置简单,操作方便,成本低,适合于规模化工业生产,已基本成熟。 本发明产品安全,无毒,适合新型储能电池领域。 ⑤应用情况及存在的问题： 近半年来钠离子电池的研究发展进入密集化时期,虽然还没有进入商业化,但是钠离子电池无疑成为锂电池盛世下的“后起之秀”。目前电池主要应用在电动汽车、储能和消费类电子等领域,尤其近几年电动汽车和储能产业的快速发展,电池特别是锂离子电池的需求量越来越大,锂离子电池逐渐暴露其部分局限性：一是锂资源不足的问题;二是资源循环利用的问题。这些现实问题的出现,倒逼着企业、行业来选择储量更丰富、材料更便宜的电池体系。在不断的寻找中,钠离子电池体系日益受到产业的关注。本发明的高性能钠离子电池电极材料虽未实现规模应用,但对钠离子电池的基础研究和实际应用具有一定参考价值和借鉴意义。 目前还存在的一些问题：制造成本还相对较高。 ⑥历年获奖情况： 无。 ⑦成果简介： 高倍率钠离子电池复合正极材料及其制备方法,属于电池材料技术领域。本发明的一种高倍率钠离子电池复合正极材料的制备方法,其步骤为：（1）将钠源、钒源和磷源加入到双氧水和去离子水的混合溶剂中,搅拌溶解后,再加入碳源有机物和氧化石墨烯,然后油浴搅拌烘干,得到干凝胶前驱体;（2）将得到的干凝胶前驱体在氩气气氛中进行预烧结和烧结处理,即制得磷酸钒钠/碳/石墨烯复合正极材料。本发明用到的反应装置简单,操作方便,成本低,适合于规模化工业生产,且制得的磷酸钒钠颗粒较小且被无定形碳和石墨烯包裹着,具有良好的导电性。作为钠离子电池正极材料时,表现出较高的比容量、良好的循环稳定性和优异的倍率性能。