Cu2PO4OH在钠离子电池正极中的应用的制作方法

本发明涉及钠离子电池领域，特别涉及一种电极材料在钠离子电池中的应用。

背景技术：

钠离子电池具有成本低和环境友好等优点，成为如今研究的热点。常见的钠离子正极材料有层状材料和聚阴离子类材料等。这一类材料在充放电过程中发生的是钠的脱出和嵌入反应，受材料结构的影响，一般要求每摩尔的金属离子只能发生小于或等于1摩尔的钠离子嵌入，在很大程度上限制了这类正极材料的能量密度的提高。与嵌入式材料相比，转化型正极材料在充放电过程中没有结构上的限制,可以发生多电子转移,可实现很高的储钠容量，因此成为研究热点。

技术实现要素：

本发明合成了一种新型的钠离子电池正极材料，并探究其在钠离子电池中的应用可能性。要解决的技术问题是提供一种放电容量高、能量密度高钠离子正极材料。

本发明的技术方案如下：

cu2po4oh作为正极材料在钠离子电池中的应用。

所述钠离子电池正极材料为碳纳米管担载的cu2po4oh，碳纳米管的质量为cu2po4oh的质量的10％-50％。

所述正极材料的制备过程如下：(1)将铜盐和磷酸盐按化学计量比加入去离子水中，待盐完全溶解形成透明溶液后，将其转移到反应釜中，在120-200℃的恒温条件下反应10-48h；(2)将步骤(1)中所得的产物用去离子水洗涤过滤，然后置于烘箱中烘干；

(3)为了提高其导电性，将烘干的样品与碳纳米管进行球磨混合，得到最终产物。

步骤(1)所述铜盐为cu(no3)2、cucl2、cuso4其中的一种或两种以上；所述磷源为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸钾、磷酸钠中的一种或二种以上。步骤(1)中水热反应的温度为100-200℃；步骤(3)中碳纳米管的质量为cu2po4oh的质量的10％-50％。球磨转速500-1000r/min，球磨时间为2-12h。

有益效果

由于cu2po4oh没有可供钠脱嵌的通道，所以为转化型材料。作为钠离子电池正极材料用，其初次比容量可高达350mah/g，为了提高其导电性，将其与cnt复合，最终进一步提高了其放电比容量，可高达400mah/g，远远高于现有的绝大部分钠离子电池正极材料的比容量。另外该材料在制备方法上易操作，无需高温煅烧，成本低，而且效果明显，具有工业化前景。

附图说明

图1为实施例1和实施例2的样品组装钠离子电池的初次充放电曲线对比图。

具体实施方式

实施例1

将0.02mol的cucl2和0.01mol的nh4h2po4溶解于装有去离子水的烧杯中，搅拌至呈澄清蓝色溶液，然后转移到聚四氟乙烯内衬中，在恒温120℃条件下水热反应24h。将水热反应产物用去离子水洗涤3次，置于烘箱中烘干得到纯的最终产物cu2po4oh。

实施例2

将0.02mol的cucl2和0.01mol的nh4h2po4溶解于装有去离子水的烧杯中，搅拌至呈澄清蓝色溶液，然后转移到聚四氟乙烯内衬中，在恒温120℃条件下水热反应24h。将水热反应产物用去离子水洗涤3次，置于烘箱中烘干。最后将其与其20％.wt的cnt一起球磨10h，得到导电性较好的cu2po4oh/cnt复合物。

实施例3

将0.02mol的cu(no3)2与0.01mol的(nh4)2hpo4溶解于装有去离子水的烧杯中，搅拌至呈澄清蓝色溶液，然后转移到聚四氟乙烯内衬中，在恒温120℃条件下水热反应24h。将水热反应产物用去离子水洗涤3次，置于烘箱中烘干。最后将其与其20％.wt的cnt一起球磨10h，得到导电性较好的cu2po4oh/cnt复合物。

将实施例中所得材料，按照cu2po4oh或者cu2po4oh/cnt复合物、导电炭黑、粘结剂三者的质量比为7:2:1溶于适量n-甲基吡咯烷酮中混合均匀，用湿膜制备器涂布成厚度为0.08mm的电极膜，真空烘干后用切片机切成直径为12mm的电极片，称重并计算活性物质的质量。同时以钠片作为正极，以celgard2500作为隔膜，1mol/l的napf6的ec+dmc(体积比为1:1)的溶液为电解液，在充满氩气的手套箱中装成纽扣电池。然后将装配的电池进行电化学测试，在1.2-4.2v恒流条件下测试。

从图1可以看出作为锂离子电池正极材料用，cu2po4oh具有电化学活性，其初次放电比容量为350mah/g。担载cnt后，cu2po4oh的电化学性能得到进一步的提高，放电比容量高达400mah/g。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种Cu2PO4OH在钠离子电池正极中的应用。本发明中Cu2PO4OH作为活性材料在钠离子电池正极中应用，具有非常高的放电比容量(400mAh/g)以及较好的循环可逆性。

技术研发人员：张华民;程意;冯凯;李先锋
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：2017.10.10
技术公布日：2019.04.19