本發(fā)明屬于電池，更具體地，涉及一種高比容量磷酸釩鐵鈉正極材料及其制備方法與鈉離子電池。

背景技術：

1、鈉離子電池被認為是固定式儲能的理想選擇。電極材料是鈉離子電池的關鍵部件，決定了鈉離子電池的整體性能能量密度。因此，優(yōu)化電極材料的工作電位和重量/體積容量仍然是設計具有競爭力的鈉離子電池的重要先決條件。然而，na+具有較大的半徑其擴散動力學緩慢，導致電極材料在鈉化/脫鈉過程中體積變化較大。因此，大多數(shù)鈉離子電池電極材料表現(xiàn)出相對較低的能量密度和不理想的循環(huán)性。開發(fā)具有高穩(wěn)定性和高容量的電極材料對于實際應用至關重要。

2、鈉離子電池正極材料一般分為普魯士藍類似物、層狀金屬氧化物和聚陰離子化合物。在眾多選擇中，聚陰離子化合物因其結構穩(wěn)定、熱力學穩(wěn)定、工作電壓可調、安全性高等優(yōu)點而受到廣泛研究。磷酸鹽中的nasicon結構已被廣泛研究，其通式na3m2(po4)3(m＝過渡金屬)。其中一種被廣泛研究的材料，即na3v2(po4)3，是一種十分具有應用前景的陰極材料。中國專利cn?110993942a公開了一種高性能鈉缺陷型正極材料na3.4□0.6fe2+0.4fe3+0.6v3+(po4)3，該正極材料在低倍率性能下具有較好的放電容量和循環(huán)性能，但高倍率性能不佳。中國專利cn?112429712a通過溶膠-凝膠工藝合成具有nasicon結構的磷酸鹽na4fev(po4)3，并將其作為鈉離子電池正極材料，在1.8-3.8v電壓區(qū)間內，理論容量為110mah?g-1。但該正極材料的可逆比容量低，5c電流密度下僅為81.6mah?g-1，同樣存在高倍率性能不佳的缺陷。

3、因此，需要研究出一種高倍率性能佳、比容量高的正極材料。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高比容量磷酸釩鐵鈉正極材料及其制備方法與鈉離子電池，通過fe3+取代v3+，降低了正極材料的生產成本，提高了正極材料的可逆比容量和高倍率性能。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術方案：

3、一種高比容量磷酸釩鐵鈉正極材料的制備方法，包括如下步驟：

4、s1、按照鈉∶釩∶鐵∶磷＝4∶2-x∶x∶3的計量比來稱取氫氧化鈉、乙酰丙酮鐵、乙酰丙酮氧釩、磷酸，根據碳∶釩＝1.5∶1的比例來稱取無水檸檬酸，其中，x＝0.2-1；

5、s2、將氫氧化鈉、乙酰丙酮鐵、乙酰丙酮氧釩溶于無水乙醇，得溶液a；將磷酸和檸檬酸溶于無水乙醇，得溶液b；在攪拌條件下，向溶液a中滴加溶液b；

6、s3、滴加完成后，干燥得粉末，研磨；在氮氣氛圍中，升溫至350-400℃保溫3-5h，再升溫至500-700℃保溫3-5h，得到磷酸釩鐵鈉正極材料。

7、進一步地，步驟s1中，x＝0.4-1。

8、進一步地，步驟s3中，所述干燥的溫度為80-90℃；所述干燥的時間為10-14h。

9、進一步地，步驟s3中，所述升溫的速率為5-10℃/min。

10、上述的制備方法所制備的正極材料。

11、一種鈉離子電池，其包括上述的正極材料。

12、相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果如下：

13、本發(fā)明的正極材料制備方法簡單，選用了乙酰丙酮鐵、乙酰丙酮氧釩分別作為鐵源和釩源，有機鹽溶于乙醇，且含碳官能團燒制后形成碳包覆層，逐滴滴加溶液有利于形成性能更好的磷酸釩鐵鈉，可以提高正極材料的比容量，并且鐵取代釩降低了成本。本發(fā)明的正極材料在5c電流密度條件下，比容量為94.9mah?g-1，在20c電流密度條件下，比容量為79.3mah?g-1，具有較好的高倍率性能。本發(fā)明所制備的磷酸鐵鈉正極材料中鈉離子占據更多的na2位，從而提高了該材料的容量。

技術特征：

1.一種高比容量磷酸釩鐵鈉正極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，x＝0.4-1。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述干燥的溫度為80-90℃；所述干燥的時間為10-14h。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述升溫的速率為5-10℃/min。

5.權利要求1-4任一項所述的制備方法所制備的正極材料。

6.一種鈉離子電池，其特征在于，包括權利要求5所述的正極材料。

技術總結
本發(fā)明公開了一種高比容量磷酸釩鐵鈉正極材料及其制備方法與鈉離子電池。本發(fā)明采用乙酰丙酮鐵和乙酰丙酮氧釩作為鐵源和釩源，制備方法簡單，所合成的高鈉正極材料，通過鐵取代釩，該材料具有高倍率性能和高比容量的優(yōu)點，循環(huán)壽命長、循環(huán)穩(wěn)定性好。對推進鈉離子電池在大規(guī)模儲能領域的應用具有十分重要意義。

技術研發(fā)人員：曾憲祥,謝鵬星,尹光源,謝斌,丁孟莎
受保護的技術使用者：湖南農業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2