一种氮碳包覆Na3V2(PO4)2F3的钠离子正极材料及制备方法与流程

本发明属于钠离子电池，具体涉及一种氮碳包覆na3v2(po4)2f3的钠离子正极材料及制备方法。

背景技术：

1、随着科技的发展，人们的生活已经离不开能源的消耗，电化学储能设备的发展势在必行。钠离子电池由于具有较低的成本和丰富的资源被认为是下一代最具有发展前景的储能电池之一。正极作为钠离子电池的关键材料之一受到了广泛的关注，现如今主要的钠离子正极材料有层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝类化合物、聚阴离子型化合物。氟磷酸钒钠(na3v2(po4)2f3，简写为nvpf)具有nasicon开放式三维结构，表现出较高的工作电压(3.8v)、高的理论比容量(128mah g-1)和高的能量密度(500wh kg-1)。然而，nvpf的本征电子电导率较低，严重影响了其电化学性能，而碳包覆被认为是提高电导率的常用手法之一。zif-8是由过渡金属原子(zn)与咪唑或咪唑衍生物连接而成的一类新型的、具有沸石拓扑结构的纳米多孔材料。研究发现zif-8具有大的比表面积、结构可调和高孔隙率，通过高温碳化可产生高比表面积和高导电性的多孔碳材料。

2、基于以上研究，本发明通过zif-8包覆na3v2(po4)2f3的方法，经过高温碳化衍生出一种na3v2(po4)2f3/nc复合材料，zif-8经过高温碳化后，由于zn2+的升华提供了大量的微介孔结构，从而使其衍生碳具有发达的纳米通道，为na+的脱出/嵌入提供了良好的途径，并且氮掺杂的碳骨架提供了稳定的结构和优良的导电网络，可以有效的提高na3v2(po4)2f3的导电性，进一步提升其电化学性能。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种氮碳包覆na3v2(po4)2f3的钠离子正极材料及制备方法，经过水热和热处理得到na3v2(po4)2f3/nc复合材料，其作为钠离子电池的正极材料，其具有高的导电性，能有效提高钠离子电池的放电比容量和循环稳定性。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种氮碳包覆na3v2(po4)2f3的钠离子正极材料的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)按一定摩尔比称取适量的钠源、钒源、磷源、氟源和柠檬酸，将所称取的原材料加入去离子水中搅拌均匀，接着倒入反应釜中进行水热反应；反应结束后将水热后的溶液离心干燥得到nvpf前驱体；

5、(2)称取适当的上述nvpf前驱体和硝酸锌溶入去离子水中搅拌均匀，标记为溶液a；

6、(3)称取适当的2-甲基咪唑和三乙胺溶入去离子水中搅拌均匀，标记为溶液b；

7、(4)将溶液b缓慢加入溶液a中形成悬浮液，快速搅拌3-6h，接着静置12-24h，将上述静置后的溶液离心干燥得到nvpf/zif-8前驱体；

8、(5)将所述nvpf/zif-8前驱体置于管式炉中，在惰性气体中高温碳化，得到na3v2(po4)2f3/nc复合材料。

9、进一步的，所述钠源选自碳酸钠、氟化钠、醋酸钠、氢氧化钠中的一种或多种。

10、进一步的，所述钒源选自偏氟酸铵、五氧化二钒中的一种或多种。

11、进一步的，所述磷源选自磷酸、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、五氧化二磷中的一种或多种。

12、进一步的，所述氟源选自氟化钠、氟化氢、氟化铵中的一种或多种。

13、进一步的，所述钠源、钒源、磷源、氟源和柠檬酸的摩尔比为3：2：2：3：2。

14、进一步的，所述水热反应的温度为160-200℃，时间为8-24h。

15、进一步的，所述nvpf前驱体、硝酸锌、2-甲基咪唑和三乙胺的摩尔比为1：1：8：8。

16、进一步的，所述碳化温度为800-1000℃，时间为3-6h。

17、本发明还提供一种上述制备方法得到的氮碳包覆na3v2(po4)2f3的钠离子正极材料。

18、本发明的有益效果为：

19、本发明采用zif-8作为碳源和氮源包覆na3v2(po4)2f3，制备方法工艺简单，用于钠离子电池正极材料，不仅能有效提高na3v2(po4)2f3的导电性，而且能有效提高钠离子电池的放电比容量和循环稳定性。

技术特征：

1.一种氮碳包覆na3v2(po4)2f3的钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种氮碳包覆na3v2(po4)2f3的钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，所述钠源选自碳酸钠、氟化钠、醋酸钠、氢氧化钠中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种氮碳包覆na3v2(po4)2f3的钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，所述钒源选自偏氟酸铵、五氧化二钒中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种氮碳包覆na3v2(po4)2f3的钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，所述磷源选自磷酸、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、五氧化二磷中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种氮碳包覆na3v2(po4)2f3的钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，所述氟源选自氟化钠、氟化氢、氟化铵中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种氮碳包覆na3v2(po4)2f3的钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，所述钠源、钒源、磷源、氟源和柠檬酸的摩尔比为3：2：2：3：2。

7.根据权利要求1所述的一种氮碳包覆na3v2(po4)2f3的钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为160-200℃，时间为8-24h。

8.根据权利要求1所述的一种氮碳包覆na3v2(po4)2f3的钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，所述nvpf前驱体、硝酸锌、2-甲基咪唑和三乙胺的摩尔比为1：1：8：8。

9.根据权利要求1所述的一种氮碳包覆na3v2(po4)2f3的钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳化温度为800-1000℃，时间为3-6h。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的制备方法得到的氮碳包覆na3v2(po4)2f3的钠离子正极材料。

技术总结
本发明公开了一种氮碳包覆Na<subgt;3</subgt;V<subgt;2</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;2</subgt;F<subgt;3</subgt;的钠离子正极材料及制备方法。该制备方法包括：称取适量的钠源、钒源、磷源、氟源和柠檬酸进行水热反应，得到NVPF前驱体；NVPF前驱体和硝酸锌溶入去离子水中标记为溶液a；2‑甲基咪唑和三乙胺溶入去离子水中标记为溶液b；将溶液b缓慢加入溶液a得到NVPF/ZIF‑8前驱体；最后置于管式炉中高温碳化，得到Na<subgt;3</subgt;V<subgt;2</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;2</subgt;F<subgt;3</subgt;/NC复合材料。本发明氮碳包覆的Na<subgt;3</subgt;V<subgt;2</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;2</subgt;F<subgt;3</subgt;，其作为钠离子电池的正极材料，其具有高的导电性，能有效提高钠离子电池的放电比容量和循环稳定性。

技术研发人员：程建,刘月学,刘孝伟,曹凤阳
受保护的技术使用者：超威电源集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4