一种微量共掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115966691A(43)申请公布日2023.04.14(21)申请号202211642098.1B82Y30/00(2011.01)(22)申请日2022.12.20B82Y40/00(2011.01)(71)申请人济南大学地址250000山东省济南市南辛庄西路336号(72)发明人原长洲王永佳梁龙伟侯林瑞(74)专利代理机构山东知圣律师事务所37262专利代理师黄学国(51)Int.Cl.H01M4/58(2010.01)C30B29/14(2006.01)C30B29/66(2006.01)C30B27/00(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/054(2010.01)权利要求书1页说明书7页附图8页(54)发明名称一种微量共掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花及其制备方法和应用(57)摘要本发明涉及电池电极材料技术领域，具体涉及一种微量掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花的制备方法及其应用。所述微量掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花由成分均为磷酸钒钠的单晶纳米片组装而成。所述微米花结构的单晶磷酸钒钠正极内核化学式为Na3V2‑xMx(PO4)3(x<0.1)，M为金属离子。所述制备方法中有机物碳源的加入可在水热过程中原位包覆在Na3V2‑xMx(PO4)3前驱体颗粒表面，既能用于防止前驱体颗粒的长大和团聚；又能在热处理过程中热分解形成核心是改性磷酸钒钠的颗粒，外壳是纳米碳层的核壳结构。本发明制备的改性单晶磷酸钒钠应用于正极材料，使得正极材料表现出较高能量密度及良好的循环稳定性。CN115966691ACN115966691A权利要求书1/1页1.一种微量共掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花，其特征在于，所述微米花由纳米片自组装而成；所述微米花包含正极内核和碳包覆层，且所述正极内核为改性单晶磷酸钒钠的颗粒，其化学式为Na3V2‑xMx(PO4)3，其中x的取值范围为0.1≥x≥0，M为一种或几种金属离子源。2.根据权利要求1所述的微量共掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花，其特征在于，所述M包括Mo6+、Fe3+、Fe2+、Al3+、Co2+、Cr3+、Ti4+、Ni2+、Cu2+、Zn2+和Mn2+中的一种或几种。3.一种权利要求1或2所述的微量共掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将钠源、钒源和磷源加入含有碳源、掺杂金属离子源的水溶液中进行水热处理，干燥后得到前驱体粉末；（2）对所述前驱体粉末进行退火处理，即得微量共掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花。4.根据权利要求3所述的微量共掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述掺杂金属离子源与钒源的摩尔比为0.02~0.1：2；步骤（1）所述水热处理的温度为120~200℃。5.根据权利要求3所述的微量共掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述钠源为硝酸钠、无水碳酸钠、草酸钠、乙酸钠和乙酰丙酮钠中的一种或几种；步骤（1）中所述钒源为三溴化钒、三氧化二钒、乙酰丙酮钒、草酸氧钒、二氧化钒、乙酰丙酮氧钒、三氯氧钒、钒酸钠、偏钒酸铵或五氧化二钒；步骤（1）中所述磷源包括磷酸、磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸铵中的至少一种。6.根据权利要求3‑5任一项所述的微量共掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花制备方法，其特征在于，步骤（1）述碳源为抗坏血酸、草酸、柠檬酸、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇‑400和盐酸羟胺中的一种或一种以上。7.根据权利要求3所述微量共掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，还包括对所述前驱体粉末进行干燥的步骤；优选地，所述干燥温度为50~110℃，时间为3~12h。8.根据权利要求3所述的微量共掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述退火处理为两步烧结处理，第一步烧结处理为将前驱体粉末在温度200~500℃进行烧结1~24h，继续升温到500‑900℃烧结1~24h；所述两步烧结过程使用的气氛均为氩气、氮气或含有5％氢气的氩气。9.根据权利要求8所述微量共掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花的制备方法，其特征在于，所述两步烧结的升温速率均为1~5℃/min。10.权利要求1或2所述的微量共掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花或者权利要求3~8所述的制备方法制备的微量掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花在储能器件中的应用，优选作为钠离子电池的正极材料。2CN115966691A说明书1/7页一种微量共掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及电池电极材料技术领域，具体涉及一种微量共掺杂改性磷酸钒钠单晶微米花及其制备方法和应用。背景技术[0002]