单斜相焦磷酸钒氧钠及其制备方法和在钠离子电池中的应用技术

本发明专利技术涉及钠离子电池技术领域，具体涉及单斜相焦磷酸钒氧钠及其制备方法和在钠离子电池中的应用。本发明专利技术单斜相焦磷酸钒氧钠的化学式为Na2VOP2O7，属于单斜晶系，空间群P21/c，单胞参数为单胞参数为β＝99.5030

【技术实现步骤摘要】
单斜相焦磷酸钒氧钠及其制备方法和在钠离子电池中的应用


本专利技术涉及钠离子电池
，具体涉及单斜相焦磷酸钒氧钠及其制备方法和在钠离子电池中的应用。

技术介绍

电化学储能相较传统的其他储能方式(诸如电磁储能、物理储能)更高效、安全，尤其二次电池作为一种便携式电化学电源，已被广泛运用于人们生产生活中。较常见的二次电池有铅酸、钠硫、镍镉以及锂离子等电池。其中锂离子电池因其具备高的能量密度和工作电压、循环寿命较长、安全又环保，且由于其具有优异的脱嵌性能，使得其早在90年代就开始了大规模地工业化发展。随着锂离子电池需求量的不断增加，锂资源的有限性导致其价格不断攀升，逐渐成为人们亟待解决的主要问题。与锂相比，钠价格低，实验室钠半电池的负极常选用金属钠,并且与锂离子三元阴极材料相比，钠离子电池所用的铁锰钒基阴极材料成本也将降低一半，而且更安全，所以研发新型钠离子电池成为解决锂资源短缺和环境问题的潜在途径。在对体积和质量要求不高的大规模储能器件上，钠离子电池更能发挥其优势，有望发展成为新一代储能设备。在众多钠离子电池材料中，焦磷酸盐材料以其高理论电压和良好的热稳定性脱颖而出，但是在过去的时间里，关于单斜相Na2VOP2O7制备的报道中，制备过程繁琐，并需要在惰性气氛中制备，不易于大规模生产且会造成资源浪费。

技术实现思路

针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种单斜相焦磷酸钒氧钠及其制备方法和在钠离子电池中的应用，本专利技术提供了一种在空气氛围中、于烧结温度低于500℃下制备出单斜相焦磷酸钒氧钠制备方法，并将单斜相焦磷酸钒氧钠首次应用于制备钠离子电池中。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术第一个目的是保护一种单斜相焦磷酸钒氧钠的制备方法，包括如下步骤：(1)将含钒化合物与还原剂溶解于水中，得到钒液；(2)将含钠化合物、含磷化合物加入至步骤(1)的钒液中并混合均匀，得到混合液；其中，含钠化合物、含磷化合物、含钒化合物的摩尔比为2：2：1；(3)将步骤(2)的混合液烘干至得到干凝胶，并将干凝胶进行预烧结，然后经冷却、研磨，得到预产物；(4)将步骤(3)的预产物进行烧结，得到单斜相焦磷酸钒氧钠。优选的，所述步骤(1)的含钒化合物包括NH4VO3、V2O5；所述还原剂包括草酸、柠檬酸；且含钒化合物与还原剂的摩尔比为1：1
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5。优选的，所述步骤(2)的含钠化合物包括NaNO3、CH3COONa、Na2CO3；含磷化合物包括
NH4H2PO4、(NH4)2HPO4。优选的，所述步骤(3)预烧结的条件为：将干凝胶在200～300℃下预烧结0.5
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20h。优选的，所述步骤(4)烧结的方法为：将步骤(3)的预产物先在400℃烧结0.5
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4h后，取出研磨，再于500℃烧结2
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20h。本专利技术第二个目的是保护制备方法制得的单斜相焦磷酸钒氧钠，所述单斜相焦磷酸钒氧钠的化学式为Na2VOP2O7，属于单斜晶系，空间群P21/c，单胞参数为：且所述单斜相焦磷酸钒氧钠为粉末状或颗粒状，粒径为200nm
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20μm。本专利技术第三个目的是保护利用单斜相焦磷酸钒氧钠制备的钠离子电池正极极片，所述正极极片按照如下步骤制备：将单斜相焦磷酸钒氧钠、导电剂和粘结剂干混后，加入至溶剂中制成浆料，将浆料均匀涂布在铝箔上，然后干燥；所述导电剂选自炭黑、碳纳米管、乙炔黑、科琴黑、石墨烯、有序介孔碳CMK
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3中的一种或多种的混合；所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、聚乙烯醇中的一种或多种的混合；所述溶剂选自去离子水或N
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甲基吡咯烷酮；所述单斜相焦磷酸钒氧钠、导电剂、粘结剂的质量比为(5
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9)：(0.5
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3)：(0.5
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2)。本专利技术第四个目的是保护钠离子电池正极极片在制备钠离子电池中的应用，所述应用方法为：正极极片制备：将钠离子电池正极极片进行裁剪；负极极片制备：将金属钠片进行裁剪；电解液的制备：将钠盐溶于有机溶剂中得到电解液，电解液的浓度为：0.5
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3mol/L；钠离子电池的制备：将正极极片、隔膜、电解液和负极极片依次进行组装，经过化成、静置工艺制得钠离子电池。优选的，所述电解液中钠盐选自NaClO4、NaPF6、NaOTF、NaTFSI中的一种或多种的混合；所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、氟代碳酸乙烯酯、乙二醇二甲醚、乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚中的一种或多种的混合。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：(1)本专利技术提供的制备方法实现了烧结温度低、烧结时间短，节约能源；(2)本专利技术中介绍的制备方法，步骤简单，制备设备简单，易于实现产业化。(3)通过本专利技术制备出的样品，纯度极高，可达100％。本专利技术的实验原理是：
附图说明
图1是本专利技术实施例1制备的单斜相焦磷酸钒氧钠粉末样品形貌图；图2是本专利技术实施例1制备的单斜相焦磷酸钒氧钠粉末样品的X射线衍射图(Cu靶)；图3是本专利技术实施例1制备的单斜相焦磷酸钒氧钠粉末样品的晶体结构图；图4是本专利技术实施例1制备的单斜相焦磷酸钒氧钠粉末样品作为钠离子电池正极材料组装成半电池后在0.1C电流下循环65圈的循环性能图；图5是本专利技术实施例1制备的单斜相焦磷酸钒氧钠粉末样品作为钠离子电池正极材料组装成半电池后在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、5C倍率下分别循环5圈的倍率性能图；图6是本专利技术实施例1制备的单斜相焦磷酸钒氧钠粉末样品作为钠离子电池正极材料组装成半电池后在0.2mV/s扫速下的循环伏安图。
具体实施方式
下面对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。实施例1一种单斜相焦磷酸钒氧钠的制备方法，本实施例以CH3COONa、NH4VO3、H2C2O4、NH4H2PO4为原料，按照摩尔比2：1：2：2称取各试剂，包括如下步骤：(1)将称得的NH4VO3溶于30mL去离子水中加热搅拌，形成淡黄色澄清的溶液，将称得的草酸加入溶液中，搅拌至深蓝色澄清溶液，得到钒液；(2)将称得的CH3COONa和NH4H2PO4加入至步骤(1)的钒液中，得到混合液；(3)将步骤(2)所得混合液在80℃下烘干至形成干凝胶，而后在300℃预烧结2h，拿出冷却后充分研磨，得到预产物；(4)将步骤(3)的预产物再放入马弗炉中，于400℃烧结2h，拿出冷却后研磨充分，再放入马弗炉中，继续500℃烧结5h，得到单斜相焦磷酸钒氧钠；本实施例的反应式为：2CH3COONa+2H2C2O4+NH4VO3+NH4H2PO4→
Na2VOP2O7。实施例2一种单斜相焦磷酸钒氧钠的制备方法，本实施例以NaNO3、V2O5、柠檬酸、(NH4)2HPO4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单斜相焦磷酸钒氧钠的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将含钒化合物与还原剂溶解于水中，得到钒液；(2)将含钠化合物、含磷化合物加入至步骤(1)的钒液中并混合均匀，得到混合液；其中，含钠化合物、含磷化合物、含钒化合物中，Na：P：V的摩尔比为2：2：1；(3)将步骤(2)的混合液烘干至得到干凝胶，并将干凝胶进行预烧结，然后经冷却、研磨，得到预产物；(4)将步骤(3)的预产物进行烧结，得到单斜相焦磷酸钒氧钠。2.根据权利要求1所述的单斜相焦磷酸钒氧钠的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的含钒化合物包括NH4VO3、V2O5；所述还原剂包括草酸、柠檬酸；且含钒化合物与还原剂的摩尔比为1：1
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5。3.根据权利要求1所述的单斜相焦磷酸钒氧钠的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的含钠化合物包括NaNO3、CH3COONa、Na2CO3；含磷化合物包括NH4H2PO4、(NH4)2HPO4。4.根据权利要求1所述的单斜相焦磷酸钒氧钠的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)预烧结的条件为：将干凝胶在200～300℃下预烧结0.5
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20h。5.根据权利要求1所述的单斜相焦磷酸钒氧钠的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)烧结的方法为：将步骤(3)的预产物先在400℃烧结0.5
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4h后，取出研磨，再于500℃烧结2
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20h。6.一种权利要求1
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5任一项所述制备方法制得的单斜相焦磷酸钒氧钠，其特征在于，所述单斜相焦磷酸钒氧钠的化学式为Na2VOP2O7，属于单斜晶系，空间群P21/c，单胞参数为：，属于单斜晶系，空间群P21/c，单胞参数为：且所述单斜相焦...

【专利技术属性】
技术研发人员：高建华，贾宇涵，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：