一种纳米绣球状Na3V2(PO4)2F3电极材料的制备方法

本发明涉及一种钠离子电池正极材料聚阴离子化合物的制备方法，具体来说是一种纳米绣球状na3v2(po4)2f3电极材料的制备方法，属于无机功能纳米材料合成领域。

背景技术：

1、近年来，各方面技术的不断创新及拓展，随之而来的是大量能源的消耗，故开发更为高效、绿色的储能装置迫在眉睫。电化学储能作为储能技术中的重要一员，对其进一步开发利用对当下耗能严重的大环境显得十分有益。锂离子电池技术作为电化学储能技术的核心成员，对其相关的研究已然非常纯熟，且作为日用化最多的电池技术，其资源的消耗程度也大于其他电池技术，而锂资源的日益匮乏，难以再生等问题会极大程度限制当下锂离子电池技术的发展，故推出新的电池储能技术显得尤为必要。

2、钠离子电池具有与锂离子电池相似的电池结构及工作原理，且钠资源含量丰富、价格低廉，被认为是锂离子电池的最佳替代电池。然而，较大的离子半径会导致na+在实际工作中脱嵌困难，进一步限制了其电化学性能的提升。离子电池电化学性能的优异与否，很大程度上取决于正负极材料的选取，合适的电极材料，在提升电化学性能方面可做出巨大贡献。鉴于当下有关负极材料的研究十分广泛，故在正极材料方面寻求新的突破点是一个令人深思的问题。

3、目前，钠离子电池正极材料的选取主要包括过渡金属氧化物、普鲁士蓝及其衍生物和聚阴离子型材料，其中，聚阴离子型化合物因类型多变、结构选择性高、循环稳定性好、充放电电压易于调整等优势，成为钠离子电池正极材料的热门选择。氟化磷酸钒钠na3v2(po4)2f3，简称为nvpf，作为典型的聚阴离子型结构，具有128mah/g的高理论比容量，充放电过程中，理论能量密度可高达507wh/kg，本身的四方晶系结构可为钠离子提供多个脱出/嵌入位点，加快离子迁移速率，可达到钠离子电池商业化应用的要求。但因其结构中存在po43-等绝缘性基团，导致材料本身的电子导电率低，倍率性能较差及对活性材料的利用率低，故要进一步推进其日常化应用，还需要对nvpf进行进一步优化，而采取何种方式改善该材料的电化学性能，是目前值得探究的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种纳米绣球状na3v2(po4)2f3电极材料的制备方法，该方法步骤简单、成本低廉，且合成出的na3v2(po4)2f3尺寸均匀，具备绣球状的规则形态。

2、为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种纳米绣球状na3v2(po4)2f3电极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）前驱体溶液的制备：称取葡萄糖和钒酸铵置于去离子水中，溶解搅拌，随后移取溶剂三缩四乙二醇溶液，将二者均匀混合，得到前驱体溶液；

5、（2）纳米绣球状na3v2(po4)2f3的制备：称取碳酸钠、磷酸和氟化钠，置于混合均匀的前驱体溶液中，溶解搅拌，接着高温水热反应，反应完成后，洗涤并干燥，得到纳米绣球状的氟化磷酸钒钠。

6、进一步的，所述葡萄糖、钒酸铵、碳酸钠、磷酸、氟化钠、前驱体溶液的用量比为0.1~0.2g:2mmol:1mmol:3g:3mmol:40ml。

7、进一步的，所述葡萄糖、钒酸铵、碳酸钠、磷酸、氟化钠、前驱体溶液的用量比为0.2g:2mmol:1mmol:3g:3mmol:40ml。

8、进一步的，所述前驱体溶液中去离子水与三缩四乙二醇体积比为1：7。

9、进一步的，所述步骤（1）中溶解搅拌温度为30℃，搅拌速度为700 r/min，搅拌时间为10min。

10、进一步的，所述步骤（2）中溶解搅拌温度为30℃，搅拌速度为700 r/min，搅拌时间为1 h。

11、进一步的，所述步骤（2）中高温水热反应的温度为180℃，反应时间为4~24 h。

12、进一步的，所述步骤（2）中高温水热反应的温度为180℃，反应时间为20h。

13、进一步的，所述步骤（2）中洗涤分别用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，干燥温度为60 ℃，干燥时间为24 h。

14、本发明还提供了一种采用上述制备方法制备的纳米绣球状na3v2(po4)2f3电极材料。

15、本发明的有益效果为：

16、1）本发明方法制备的纳米绣球状的na3v2(po4)2f3材料，具有原料易得，价格低廉，合成简单，易于大规模生产的特点。

17、2）该纳米材料尺寸均匀，平均粒径在2μm左右，绣球状的na3v2(po4)2f3结构稳定，在充放电过程中能够提供更多的活性位点，有利于钠离子的传输，加快钠离子扩散动力学，是一种优异的钠离子电池正极材料，具有良好的应用推广价值。

技术特征：

1.一种纳米绣球状na3v2(po4)2f3电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的纳米绣球状na3v2(po4)2f3电极材料的制备方法，其特征在于，所述葡萄糖、钒酸铵、碳酸钠、磷酸、氟化钠、前驱体溶液的用量比为0.1~0.2g:2mmol:1mmol:3g:3mmol:40ml。

3.根据权利要求1所述的纳米绣球状na3v2(po4)2f3电极材料的制备方法，其特征在于，所述葡萄糖、钒酸铵、碳酸钠、磷酸、氟化钠、前驱体溶液的用量比为0.2g:2mmol:1mmol:3g:3mmol:40ml。

4.根据权利要求1所述的纳米绣球状na3v2(po4)2f3电极材料的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液中去离子水与三缩四乙二醇体积比为1：7。

5.根据权利要求1所述的纳米绣球状na3v2(po4)2f3电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中溶解搅拌温度为30℃，搅拌速度为700 r/min，搅拌时间为10min。

6.根据权利要求1所述的纳米绣球状na3v2(po4)2f3电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中溶解搅拌温度为30℃，搅拌速度为700 r/min，搅拌时间为1 h。

7.根据权利要求1所述的纳米绣球状na3v2(po4)2f3电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中高温水热反应的温度为180℃，反应时间为4~24 h。

8.据权利要求1所述的纳米绣球状na3v2(po4)2f3电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中高温水热反应的温度为180℃，反应时间为20h。

9.根据权利要求1所述的纳米绣球状na3v2(po4)2f3电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中洗涤方法为分别用去离子水和无水乙醇各洗涤三次；所述干燥温度为60℃，干燥时间为24 h。

10.根据权利要求1~9中任一项所述的制备方法制备的纳米绣球状na3v2(po4)2f3电极材料。

技术总结本发明公开了一种纳米绣球状Na<subgt;3</subgt;V<subgt;2</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;2</subgt;F<subgt;3</subgt;电极材料的制备方法，属于无机功能纳米材料合成领域。该方法通过以下步骤实现：（1）前驱体溶液的制备；（2）高温水热反应，制备纳米复合材料。本发明的制备方法，具有原料易得，价格低廉，合成简单，易于大规模生产的特点。该Na<subgt;3</subgt;V<subgt;2</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;2</subgt;F<subgt;3</subgt;材料形状规则，呈绣球状，尺寸均匀。绣球状的形态具有更大的比表面积，可提供更多的活性位点，有利于钠离子的提取/插入，为钠离子的输送提供便利。技术研发人员：姜晓蕾,刘娜君,杨菊,徐佳乐,郭泺媛,路君成,胡芳东,弭侃受保护的技术使用者：临沂大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2