【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，具体涉及一种双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、钠离子电池以其安全系数高、钠资源储量丰富、价格低廉等优势成为研究者们关注的热点。在钠离子电池中，电极材料是其重要组成部分，正极材料中的na+为电池提供了较高的氧化还原电位，直接关系到电池的工作电压和可逆容量。
2、在各种正极材料中，na3v2(po4)2f3(缩写为nvpf)作为钠超离子导体(nasicon)结构化合物的代表成员，因其优越的结构稳定性、快速的离子传输、高的工作电位等优点被认为是比较有发展前景的正极材料。然而，na3v2(po4)2f3正极材料存在相对较低的导电性和循环后期容量衰减大等问题。
3、因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料，以有助于解决或改善na3v2(po4)2f3正极材料的电化学性能有待进一步提高的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料的制备方法，包括下述步骤：（1）将naf、kf、nh4h2po4、nh4vo3、c4h6mno4·4h2o和木耳颗粒在搅拌下依次添加到水中，分散均匀得到混合溶液；（2）将所述混合溶液加热搅拌，得到凝胶状态混合物；（3）降温，冷冻干燥，得到冻干凝胶；（4）对所述冻干凝胶进行研磨，并在研磨后进行第一次煅烧，得到第一煅烧
3、优选地，步骤（4）中，第一次煅烧的温度为250-350 ℃，煅烧的时间为3.5-4.5 h；步骤（5）中，第二次煅烧在氩气环境中进行，第二次煅烧的温度为710-790 ℃，煅烧的时间为5.0-6.5 h。
4、优选地，步骤（2）中，加热的温度为60-100 ℃；步骤（3）中，冷冻干燥的温度为-70~-50 ℃。
5、优选地，na3-xkxv2-ymny(po4)2f3@bf中，x=0.01-0.04，y=0.05-0.1。
6、优选地，所述木耳颗粒的粒径为1-2 mm；na3-xkxv2-ymny(po4)2f3@bf中，木耳衍生碳的质量百分数为1%-5%。
7、本专利技术还提出了一种双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料，其采用下述技术方案：一种双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料，所述双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料采用如上所述的方法制备得到。
8、本专利技术还提出了一种正极，其采用下述技术方案：一种正极，所述正极采用如上所述的双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料。
9、本专利技术还提出了一种钠离子电池，其采用下述技术方案：一种钠离子电池，所述钠离子电池采用如上所述的正极。
10、有益效果：
11、本专利技术的双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料的制备方法中，通过采用k+和mn2+对na3v2(po4)2f3进行掺杂，两种离子可产生协同作用，扩大na3v2(po4)2f3的晶格间距，拓宽na+的离子扩散路径，加快na+的传输效率，降低钠离子迁移阻力，有效改善其反应动力学，提高材料的离子导电性，还可以稳定材料的钠离子超导体（nasicon）框架，缓解充放电过程中材料的结构变形和内应力，从而增强了材料的晶体结构稳定性和电化学特性。木耳衍生碳（木耳衍生的多孔碳）的复合改性，使得材料颗粒可在衍生碳的孔洞内外生长，明显地提升了材料的性能，主要可归因于：第一，当加入木耳衍生碳后，材料的表面积增大，增加了材料电化学活性反应位点，从而提高了复合材料的比容量；第二，木耳煅烧后形成的三维导多孔结构对na+的脱出/嵌入和电子的传输起到了良好的促进作用，可降低电极阻抗，提高了材料的反应动力学，进而提升了材料的循环稳定性和倍率性能；第三，木耳衍生碳对材料的充分复合，可有效避免电极材料与电解液直接接触，降低电解质对电极材料的侵蚀，有效地降低副反应的发生，对材料起到了比较重要的保护作用。第四，木耳衍生的多孔碳具有优异的稳定结构，能有效避免活性材料的团聚现象并缓解活性材料在电化学过程中产生的应力，增强其结构稳定性。
12、本专利技术的双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料可有效提升正极材料的结构稳定性和循环稳定性，其首周放电比容量和循环容量保持率显著优于na3v2(po4)2f3正极材料。
13、本专利技术的双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料在0.2 c倍率下循环200周的容量保持率最高可达102.86%。
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1.一种双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.如权利要求1所述的双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，第一次煅烧的温度为250-350 ℃，煅烧的时间为3.5-4.5 h；
3.如权利要求1所述的双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，加热的温度为60-100 ℃；
4.如权利要求1所述的双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料的制备方法，其特征在于，Na3-xKxV2-yMny(PO4)2F3@BF中，x=0.01-0.04，y=0.05-0.1。
5.如权利要求1所述的双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料的制备方法，其特征在于，所述木耳颗粒的粒径为1-2 mm；
6.一种双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料，其特征在于，所述双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料采用如权利要求1-5任一项所述的方法制备得到。
7.一种正极，其特征在于，所述正极采用如权利要求6所述的双离子掺杂
8.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池采用如权利要求7所述的正极。
...【技术特征摘要】
1.一种双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.如权利要求1所述的双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，第一次煅烧的温度为250-350 ℃，煅烧的时间为3.5-4.5 h；
3.如权利要求1所述的双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，加热的温度为60-100 ℃；
4.如权利要求1所述的双离子掺杂和木耳衍生碳复合改性的正极材料的制备方法，其特征在于，na3-xkxv2-ymny(po4)2f3...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵桃林，刘帅，谷清源，解赛虎，李培丰，王莎莎，何健宏，张鑫磊，刘泽正，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：
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