【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池电极材料制备，具体涉及一种基于氟磷酸钒钠(nvpf)石墨烯复合结构的高安全储钠材料的制备方法。
技术介绍
1、钠离子电池作为锂离子电池最有前途的替代品之一。具有成本相对较低，低温性能优异等优点，是储能电站和低速电动车不可缺少的一部分。作为电池重要的组成部分，正极材料直接影响电池性能。聚阴离子化合物具有稳定的开放的三维框架和优异的结构稳定性，使它们成为钠离子电池的有前途的正极材料。
2、na3v2(po4)3(nvp)是最典型的nasicon正极材料，并已被许多研究人员广泛研究。然而，nvp的理论容量仅为117.6ma h g-1，工作电压为3.4v，导致理论能量密度仅为394whkg-1。na3v2(po4)2f3(nvpf)可以看作是f离子在nvp中的磷酸根离子的替换，由于f离子的电负性更强，它可以提供更高的工作电压(3.6v与4.0v)和相应的理论能量密度(507wh kg-1)。
3、然而，nvpf的电子导电性差，仅为10-12s cm-1，这极大地降低了它在电池系统中的容量。将nvpf与碳材料结合形成复合材料是最具成本效益的方法之一，许多研究人员已经做过这项工作，比如将石墨烯、碳纳米管和多孔碳与nvpf结合。其中，石墨烯是导电性最佳的材料之一，将其引入nvpf系统是最具成本效益的方法。然而，目前将石墨烯与nvpf结合的工作仅涉及石墨烯与nvpf之间的简单物理吸附，没有充分利用石墨烯的优异性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于氟磷酸钒钠石墨烯复合结构的高安全储钠材料的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤1：将0-0.03g的氧化石墨烯溶解在12.5ml去离子水溶液中，搅拌均匀后，超声30分钟；
5、步骤2：将0.35g偏钒酸铵与0.56g草酸加入到上述溶液中；
6、步骤3：在磁力搅拌机上搅拌该溶液10分钟后，将溶液转移到油浴锅内，在70℃搅拌加热1h；
7、步骤4：在溶液中加入0.34g磷酸二氢铵与0.19g氟化钠，搅拌10分钟，向该溶液中滴加12.5ml乙二醇；
8、步骤5：将0-0.2g聚乙烯醇加入到上述溶液中，随后将该溶液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在170℃反应9h。
9、步骤6：用水和无水乙醇离心洗涤样品，然后在管式炉里面氩气气氛下450度煅烧3小时，升温速率2℃/min，最终得到具有三维导电网络的立方体氟磷酸钒钠。
10、作为优选的，上述技术方案中，步骤1所述氧化石墨烯为0.03g。
11、上述技术方案中，步骤5所述聚乙烯醇为0.2g。
12、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
13、1.本专利技术在溶液体系中加入聚乙烯醇，利用聚乙烯醇与氧化石墨烯之间氢键的作用构建石墨烯凝胶，同时通过聚乙烯醇中羟基与金属离子(v3+)的相互作用，提供氟磷酸钒钠结晶的位点，经过高温高压的溶剂热过程，立方体状氟磷酸钒钠均匀结合在三维石墨烯导电网络上，提高了nvpf导电性低的问题。
14、2.本专利技术中，nvpf材料被三维石墨烯导电网络包裹，限制了其体积膨胀，减少充放电循环中的应力并有效提高了材料的循环稳定性，而且利用石墨烯的高导热性能，增加了电池材料的散热能力，提高了电池的安全性。
15、3.现有技术中也有nvpf@c@rgo的披露，单现有技术的nvpf@c@rgo仅为添加表面活性剂，仅起到作为碳的前驱体的作用，并且仅通过简单的物理吸附连接碳网络与氟磷酸钒钠颗粒不同，本专利技术通过在合成过程中加入聚乙烯醇，通过聚乙烯醇与石墨烯之间氢键的作用，以及聚乙烯醇中羟基与金属离子(v3+)的相互作用，在成核过程中，构筑三维导电网络并将氟磷酸钒钠颗粒与导电网络紧密地结合在一起，提高材料的电子电导与离子输运性能，从而有效解决了nvpf导电率低、倍率性差的问题。此外，通过石墨烯与碳材料在三维尺度的包裹，碳网络如同微米尺度的“笼子”限制材料在充放电循环中的体积变化，缓解充放电循环中的应力集中，有效增强了材料的循环稳定性。本专利技术较现有技术，无论是初始容量，还是循环稳定性与倍率性能，均有明显的优势。
16、4.相比现有技术还提供了一种的nvpf@c@rgo结构，其方案包括通过复合材料具有空心nvpf微球，微球表面包裹着石墨烯(简称：“空心nvpf微球”)，相比本申请提供的三维石墨烯导电网络包裹nvpf方案，本申请相比之下具有如下优势：
17、4.1.导电性
18、三维石墨烯导电网络：这种结构可以提供更多的电子传输通道，显著提高材料的电子导电性，从而提升倍率性能和循环稳定性。
19、空心nvpf微球：空心结构本身可以增加材料的表面积，但石墨烯包裹在微球表面，导电性提升效果不如三维石墨烯导电网络明显。
20、4.2离子传输：
21、三维石墨烯导电网络：碳化过程中，聚乙烯醇分解形成的无定形碳会填充nvpf立方体之间的空隙，形成三维导电网络，有利于离子传输，降低离子传输阻力，提高倍率性能。
22、空心nvpf微球：空心结构可以缩短离子传输路径，但石墨烯包裹在微球表面，离子传输通道相对较少，离子传输阻力可能更高。
23、4.3结构稳定性：
24、三维石墨烯导电网络：碳化过程中，石墨烯与nvpf立方体之间形成强相互作用，可以限制nvpf立方体在充放电过程中的体积膨胀，提高结构稳定性，从而提升循环稳定性。
25、空心nvpf微球：空心结构可以缓解nvpf微球在充放电过程中的体积膨胀，但石墨烯包裹在微球表面，对结构稳定性的提升效果不如三维石墨烯导电网络明显。
26、4.4.安全性：
27、三维石墨烯导电网络：碳化过程中，石墨烯与nvpf立方体之间形成强相互作用，可以提高材料的机械强度，从而提高电池安全性。
28、空心nvpf微球(d0nj02210a)：空心结构可以降低材料的密度，但石墨烯包裹在微球表面，对安全性的提升效果不如三维石墨烯导电网络明显。
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1.一种基于氟磷酸钒钠石墨烯复合结构的高安全储钠材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于氟磷酸钒钠石墨烯复合结构的高安全储钠材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯为0.03g。
3.根据权利要求1所述的一种基于氟磷酸钒钠石墨烯复合结构的高安全储钠材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇为0.2g。
【技术特征摘要】
1.一种基于氟磷酸钒钠石墨烯复合结构的高安全储钠材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于氟磷酸钒钠石墨烯复合结构的高安全储钠材料的制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊松，许士龙，吴睿，
申请(专利权)人：电子科技大学深圳高等研究院，
类型：发明
国别省市：
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