CN111446449B - 一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料及其制备方法 - Google Patents

一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料及其制备方法,其化学式为:Nax‑δAδ(V1‑α‑βQαMβOyP1‑εZεO4)2F3‑2y‑ηXη;制备方法包括以下步骤:一、将钒源、磷源、Z源和碳源按比例混合均匀,保护性气氛下热处理,粉碎研磨过筛,得到中间产物VP,0≤α≤1,0≤β≤1,0≤y≤1,0≤ε≤1;二、将钒源和磷源混合热处理得到中间产物VOP;三、将VP和VOP按比例混合,再加入钠源、氟源、A源、M源、X源,混合均匀,在500℃‑900℃保护性气氛下烧结1h‑8h,粉碎研磨过筛后得到目标材料粉末,即多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料;本发明工艺简单、操作简便、成本低廉,适合规模化生产,有助于制造高性能、低成本的室温可充钠电池,促进其广泛应用。

Description

一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及钠电池正极材料技术领域,特别涉及一种多电子传输 钒基氧代氟磷酸钠电池材料及其制备方法。
背景技术
室温可充钠电池相比锂电池具有显著的资源、价格和安全优势, 非常有潜力成为锂离子电池的新型廉价替代产品,在大规模储能等领 域展示出巨大的技术潜力和广阔的应用前景。钠电池以其低廉的成本 和优良的性能成为大规模储能的极佳选择,不仅可将太阳能等间歇性 清洁能源进行存储并网,而且可对电网进行智能调频调峰,促进电网 的安全稳定运行、提高能源使用效率和保护地球生态环境【Nature Reviews Materials,2016,1:16013;分子科学学报,2016,32:265; Energy&Environmental Science,2013,6:2338.】。
发展钠电池的关键在于设计和研发高容量、高电压、快充放、长 寿命、宽工况的先进储钠电极材料【Advanced Energy Materials,2016, 6:1501727;Science China-Materials,2015,58:715.】。钒基氧代氟磷酸 钠Nax(VOyPO4)2F3-2y(0≤x≤4,0≤y≤1)具有理论容量大(243mA h g-1)【Nature Communication,2016,7:10308.】、平均电位高【Chemistry of Materials,2015,27:6008.】、电压极化小【Journal of MaterialsChemistry,2012,22:22301.】、热力学稳定【Journal of American Chemical Society,2013,135:13870.】、嵌脱钠体积变化小【Journal of Materials Chemistry,2012,22:20535.】等优点,是一类非常具有前景 的室温可充钠电池正极家族材料。我国钒、钠资源储量均位居世界前 列,开发、生产和利用钒基氧代氟磷酸族钠电池材料具有得天独厚的 自然条件和成本优势,对于资源优化、产业升级和国民经济建设亦具 有重要的战略和现实意义。
然而,如何能够在钒基氧代氟磷酸钠Nax(VOyPO4)2F3-2y中实现多 电子传输是发展该材料的首要问题。多电子传输要求在充放电过程中 能够进行多个Na+的可逆脱嵌,从而显著提高材料的实际比容量。目 前文献资料报道一般能够可逆嵌脱约2个Na+,所产生的比容量和比 能量分别约为120~150mA h g-1和500-580Wh Kg-1,无法与商用锂电 池媲美。且材料的离子电导、电子电导、倍率特性和循环稳定性也都 无法满足实用要求。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种多电子传 输钒基氧代氟磷酸钠电池材料及其制备方法,通过材料晶体结构工程 设计调制钒基氧代氟磷酸钠中V4+/V5+的氧化还原电位及Na+在极限 浓度下的扩散速率,驱动Nax(VOyPO4)2F3-2y(0≤x≤4,0≤y≤1)材料中 更多Na+的安全、可逆、快速嵌脱和多电子传输;本发明制备的钒基 氧代氟磷酸钠材料实现了将近3个电子传输,获得了约180mAh g-1的比容量,比能量可达630Wh Kg-1以上,且具有良好的快速充放性 能和循环稳定性;本发明工艺简单、操作简便、成本低廉,适合规模 化生产,有助于制造高性能、低成本的室温可充钠电池,促进其在大 规模储能领域的广泛应用。
为了实现上述目的,本发明的技术方案为:
一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料,其化学式为:
Nax-δAδ(V1-α-βQαMβOyP1-εZεO4)2F3-2y-ηXη,A为Li、Mg、K、Ca、 Ba中的某一种或两种元素,Q为某种空位结构,M为Mg、Al、Ca、 Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Cd、Sn、Sb、Te、Cs、Ba、La、W、Bi中的某一种或多 种元素,Z为B、N、Si、S、As中的某一种元素,X为Cl、Br、I 中的某一种元素,0≤x≤4,0≤δ≤3,0≤α≤1,0≤β≤1,0≤y≤1,0 ≤ε≤1,0≤η≤2。
一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料的制备方法,包括以 下步骤:
一、将钒源、磷源、Z源和碳源按照(1-α-β-y):(1-ε-y):ε:([0.2~1.2])* [1-α-β-y])的摩尔比例混合均匀,在500℃-900℃保护性气氛下热处 理1h-8h,粉碎研磨过筛,得到中间产物VP,0≤α≤1,0≤β≤1,0 ≤y≤1,0≤ε≤1;
二、将钒源和磷源按照1:(0.8~1.2)的摩尔比例混合均匀,在500℃ -900℃下热处理1h-8h,粉碎研磨过筛,得到中间产物VOP;
三、将VP和VOP按照(1-α-β-y):y的摩尔比例混合,分别加入摩 尔比分别为(x-δ)比例的钠源、(3-2y-η)比例的氟源、δ比例的A源、β 比例的M源、η比例的X源,混合均匀,在500℃-900℃保护性气 氛下烧结1h-8h,粉碎研磨过筛后得到目标材料粉末,即多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料Nax-δAδ(V1-α-βQαMβOyP1-εZεO4)2F3-2y-ηX η,0≤x≤4,0≤δ≤3,0≤η≤2。
所述的钒源包括V2O5,VO2,V2O3,NH4VO3,C2O5V,NaVO3, VCl3,VOCl3,VOSO4,VOF3中的一种或多种任意比例的混合物。
所述的磷源包括H3PO4,NH4H2PO4,(NH4)2HPO4,(NH4)4P2O7, P2O5,磷酸三乙酯,H3PO3,H4P2O7,NH4H2PO2,H9N2O3P中的一种 或多种任意比例的混合物。
所述的Z源包括H3BO3,NH4HB4O7,B10H8N2O16,B2O3,硼酸 三乙酯,NH4NO3,HNO3,四正丁基硝酸铵,SiO2·xH2O,SiO2,SiO, (NH4)2SiF6,H2SiF6,正硅酸乙酯,H2SO4,(NH4)2SO4,H4N2·H2SO4, NH4HSO4,(NH4)2S2O8,(NH4)2SO3,硫酸二乙酯,As2O3,H3AsO3中 的一种或多种任意比例混合物。
所述的碳源包括碳黑,石墨,乙炔黑,石墨化碳黑,介孔碳,导 电炭黑,碳纳米管,碳纤维,石墨烯,蔗糖,葡萄糖,草酸,乙醇, 乙二醇,PTFE,PVDF,甲酸,乙酸,柠檬酸,抗坏血酸,丙酮,淀粉 中的一种或多种任意比例混合物。
所述的钠源包括Na2CO3,NaOH,NaHCO3,NaF,NaNO3,Na2SO4, C2Na2O4,C2H3NaO2,Na2O2,Na2O,NaBF4,NaCl,NaClO4,NaClO3,Na2SiO3,Na3PO4,NaBr,NaBrO3,Na2HPO4,NaH2PO4,海藻酸钠, C6H5Na3O7,乙醇酸钠,NaNH4HPO4,CH3ONa,NaI,NaIO3,NaIO4, C6H11NaO7,叔丁醇钠,三氟甲磺酸钠中的一种或多种任意比例混合 物。
所述的氟源包括NH4F,NH4HF2,HF,LiF,NaF,KF,CaF2, MgF2,BaF2,NaBF4,NaPF6,AlF3,Na3AlF6,(NH4)2SiF6,MgSiF6, HBF4,HPF6,二氟乙酸、对溴三氟甲苯中的一种或多种任意比例混 合物。
所述的A源包括Li2CO3,Li2O,LiOH,LiF,Li3PO4,LiNO3, LiCl,LiBr,LiI,LiPF6,C2H3O2Li,醋酸锂,K2CO3,KHCO3,KOH, KF,K3PO4,KNO3,KCl,KBr,KI,KPF6,乙酸钾,草酸钾,K2SiF6, MgCO3,MgO,Mg(OH)2,MgF2,MgCl2,MgBr2,MgI2,MgSiF6, 乙酸镁,柠檬酸镁,CaCO3,CaO,Ca(OH)2,CaHPO4,Ca(H2PO4)2, Ca2P2O7,CaF2,CaCl2,CaH2,CaI2,葡萄糖酸钙,乙酸钙,BaCO3, BaO2,Ba(OH)2,BaS,BaHPO4,Ba(NO3)2,BaF2,BaCl2,BaBr2, 乙酸钡中的一种或多种任意比例混合物。
所述的M源包括Mg,Al,Ca,Ti,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu, Zn,Ga,Ge,Rb,Sr,Y,Zr,Nb,Mo,Ru,Cd,Sn,Sb,Te, Cs,Ba,La,W,Bi等元素的碳酸盐、氧化物、氢氧化物、磷酸盐、 硫酸盐、硝酸盐、卤化物、有机盐中的一种或多种任意比例混合物。
所述的X源包括NaCl,NH4Cl,HCl,LiCl,KCl,CaCl2,MgCl2, BaCl2,VCl3,BCl3,PCl3,CCl4,SiCl4,CH2Cl2,C2Cl4,NaBr,NH4Br,HBr,LiBr,KBr,CH3MgBr,CaBr2,BaBr2,CBr4,CH2Br2,CHBr3, NH4I,LiI,NaI,HI,KI,MgI2,CaI2,PI3,CH6IN,CH2I2中的一 种或多种任意比例混合物。
所述的保护性气氛包括氮气、氩气以及氢氩混合气。
本发明的技术效果:
将本发明所制备的正极材料粉末、导电剂、粘结剂,按照质量比 (7~9.8):(0.1~2):(0.1~1)在NMP中混料制浆,均匀地涂覆在铝箔集流体 上,烘干、辊轧、裁片后得到实验电池正极,并以金属钠为负极,以 玻璃纤维作为隔膜,采用PC(含2%FEC)溶液中1M NaClO4为电 解液装配实验电池,在充放电测试平台上测试其电化学性能。
本发明通过材料晶体结构工程设计制备的钒基氧代氟磷酸钠材 料Nax-δAδ(V1-α-βQαMβOyP1-εZεO4)2F3-2y-ηXη在充放电过程中可以实 现多个Na+的深度可逆脱嵌,提升Na+在极限浓度下的扩散速率,产 生多电子传输,具有结构稳定和比容量高的显著优势,比容量和比能 量分别可达180mA h g-1和630Wh Kg-1以上。此外,该材料快速充 放和循环性能优异,安全性好,价格便宜,因而是一种非常有前景的 钠电池实用化正极材料,有利于进一步加快室温可充钠电池的发展及 其在大规模储能领域的实际应用。
附图说明
图1为本发明实施例一通过材料晶体结构工程技术制备的钒基 氧代氟磷酸钠的XRD图谱。
图2为本发明实施例一制备的钒基氧代氟磷酸钠在1.0-4.6V(vs. Na/Na+,下同)电位区间、0.08C电流下的恒流充放电曲线。
图3为本发明实施例二所制备的钒基氧代氟磷酸钠在不同充放 电电流下的倍率性能。
图4为本发明实施例三所制备的钒基氧代氟磷酸钠的循环性能。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细叙述。
实施例一:
本实施例一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料,其化学式 为:
Na3(VO0.6PO4)2F1.8
本实施例一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料的制备方 法,包括以下步骤:
一、将钒源、磷源和碳源按照摩尔比1:1:0.6的比例混合均匀,在 500℃-900℃保护性气氛下热处理1h-8h,粉碎研磨过筛,得到中 间产物VP。
二、将钒源和磷源按照摩尔比1:1的比例混合均匀,在500℃ -900℃下热处理1h-8h,粉碎研磨过筛,得到中间产物VOP。
三、将VP和VOP按照摩尔比4:6的比例混合,分别加入摩尔比 为3、1.8比例的钠源和氟源,混合均匀,在500℃-900℃保护性气 氛下烧结1h-8h,粉碎研磨过筛后得到目标材料粉末,即多电子传输 钒基氧代氟磷酸钠电池材料Na3(VO0.6PO4)2F1.8
所述的钒源为NH4VO3
所述的磷源为NH4H2PO4
所述的碳源为导电炭黑与蔗糖按照质量比2:1的混合物。
所述的钠源为Na2CO3与NaF按照摩尔比2:1的混合物。
所述的氟源为NaF与二氟乙酸按照摩尔比1:0.4的混合物。
所述的保护性气氛包括为氩气。
图1为本发明实施例一通过材料晶体结构工程技术制备的钒基 氧代氟磷酸钠的XRD图谱。X射线衍射峰对应四方结构的 Na3(VO0.6PO4)2F1.8材料。其晶体结构由V2O9.4F1.6双八面体和PO4四 面体构成,共氧的双八面体和四面体形成了沿a、b方向的Na离子隧 道。图2为本发明制备的Na3(VO0.6PO4)2F1.8在1.0-4.6V(vs.Na/Na+, 下同)电位区间、0.08C电流下的恒流充放电曲线。图中1、2、3代 表充放电圈数,点划线标示了V氧化还原价态的变化,图中V4+/5+、 V3+/4+和V2+/3+的放电区间分别大约位于4.5-3.9V、3.9-2.0V和2.0-1.0 V,有效调控了材料中多电子氧化还原反应电位,在保证电解液安全 的较低电位下实现了V4+/V5+反应的Na+深度可逆嵌脱,提升了Na+在极限浓度下的扩散速率。在充放电过程中获得了多个Na+的可逆脱 嵌和多个电子传输。因而,材料的首次放电比容量可达177mA h g-1, 对应2.91e传输,容量性能居于文献领先水平。
实施例二:
本实施例一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料,其化学式 为:
Na3.5Mg0.05(V0.96Ti0.04OPO4)2F。
本实例一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料的制备方法, 包括以下步骤:
一、将钒源和磷源按照摩尔比0.96:1的比例混合均匀,在500℃ -900℃下热处理1h-8h,粉碎研磨过筛,得到中间产物VOP。
二、将VOP、钠源、氟源、A源、M源、碳源按照摩尔比 1:2.2:1:0.05:0.04:0.1的比例混合均匀,在500℃-900℃保护性气氛 下烧结1h-8h,粉碎研磨过筛后得到目标材料粉末,即多电子传输钒 基氧代氟磷酸钠电池材料Na3.5Mg0.05(V0.96Ti0.04OPO4)2F。
所述的钒源为NH4VO3
所述的磷源为(NH4)2HPO4
所述的碳源为蔗糖和碳纳米管按照质量比0.95:0.05的混合物。
所述的钠源为CH3ONa。
所述的氟源为NaF。
所述的A源为MgCO3
所述的M源为TiO2
所述的保护性气氛包括为氢氩混合气。
图3为本发明实施例二所制备的钒基氧代氟磷酸钠在不同充放 电电流下的倍率性能。图中每个电流倍率下充放电测试循环5周。样 品在0.08C、0.2C、0.5C、1C、2C、5C倍率下的典型放电比容量 分别为169mA h g-1、144mA h g-1、125mA h g-1、107mA h g-1、92mA hg-1和76mA h g-1。当大电流高倍率测试完成后,将充放电电流再次 降低到0.1C时,其典型的可逆比容量为155mA h g-1。因而,本发明 材料初步展示出较好的倍率特性和快速充放能力。
实施例三:
本实施例一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料,其化学式 为:
Na3.2Li0.2(V0.95Q0.01Mn0.02Zr0.02O0.6P0.98Si0.02O4)2F1.6Cl0.2
本实施例一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料的制备方 法,包括以下步骤:
一、将钒源、磷源、Z源和碳源按照摩尔比0.35:0.38:0.02:0.18的 比例混合均匀,在500℃-900℃保护性气氛下热处理1h-8h,粉碎 研磨过筛,得到中间产物VP。
二、将钒源和磷源按照摩尔比1:1的比例混合均匀,在500℃ -900℃下热处理1h-8h,粉碎研磨过筛,得到中间产物VOP。
三、将VP和VOP按照摩尔比0.35:0.6的比例混合,分别加入摩 尔比为3.2、1.6、0.2、0.04、0.2的钠源、氟源、A源、M源、X源, 混合均匀,在500℃-900℃保护性气氛下烧结1h-8h,粉碎研磨过 筛后得到目标材料粉末,即多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料Na3.2Li0.2(V0.95Q0.01Mn0.02Zr0.02O0.6P0.98Si0.02O4)2F1.6Cl0.2
所述的钒源为V2O5与NH4VO3按照摩尔比1:1的混合物。
所述的磷源为H3PO4与NH4H2PO4按照摩尔比1:2的混合物。
所述的Z源为正硅酸乙酯。
所述的碳源为导电炭黑与蔗糖按照质量比2:1的混合物。
所述的钠源为Na2CO3
所述的氟源为NaF与NH4F按照摩尔比0.8:0.2的混合物。
所述的A源为LiCl。
所述的M源为草酸锰与乙酸锆按照摩尔比1:1的混合物。
所述的X源为LiCl。
所述的保护性气氛为氮气。
图4为本发明实施例三所制备的钒基氧代氟磷酸钠的循环性能。 由图可知,在0.5C充放电倍率下循环200周后,方便比容量由128mA h g-1缓慢衰减到115mA h g-1,容量保持率约为90%,平均每圈的衰 减率为0.05%,显示出较好的循环稳定性。循环过程中,首次库仑效 率约为92%,经过3周循环后,库仑效率便达到99.5%以上,并保持 至200周循环结束。

Claims (8)

1.一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料,其特征在于,其化学式为:
Nax-δAδ(V1-α-βQαMβOyP1-εZεO4)2F3-2y-ηXη,A为Li、Mg、K、Ca、Ba中的某一种或两种元素,Q为某种空位结构,M为Mg、Al、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Cd、Sn、Sb、Te、Cs、Ba、La、W、Bi中的某一种或多种元素,Z为B、N、Si、S、As中的某一种元素,X为Cl、Br、I中的某一种元素,0≤x≤4,0≤δ≤3,0≤α≤1,0≤β≤1,0≤y≤1,0≤ε≤1,0≤η≤2。
2.一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
一、将钒源、磷源、Z源和碳源按照(1-α-β-y):(1-ε-y):ε:([0.2~1.2])*[1-α-β-y])的摩尔比例混合均匀,在500℃-900℃保护性气氛下热处理1h-8h,粉碎研磨过筛,得到中间产物VP,0≤α≤1,0≤β≤1,0≤y≤1,0≤ε≤1;
二、将钒源和磷源按照1:(0.8~1.2)的摩尔比例混合均匀,在500℃-900℃下热处理1h-8h,粉碎研磨过筛,得到中间产物VOP;
三、将VP和VOP按照(1-α-β-y):y的摩尔比例混合,分别加入摩尔比分别为(x-δ)比例的钠源、(3-2y-η)比例的氟源、δ比例的A源、β比例的M源、η比例的X源,混合均匀,在500℃-900℃保护性气氛下烧结1h-8h,粉碎研磨过筛后得到目标材料粉末,即多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料Nax-δAδ(V1-α-βQαMβOyP1-εZεO4)2F3-2y-ηXη,0≤x≤4,0≤δ≤3,0≤η≤2;
所述的Z源包括H3BO3,NH4HB4O7,B10H8N2O16,B2O3,硼酸三乙酯,NH4NO3,HNO3,四正丁基硝酸铵,SiO2·xH2O,SiO2,SiO,(NH4)2SiF6,H2SiF6,正硅酸乙酯,H2SO4,(NH4)2SO4,H4N2·H2SO4,NH4HSO4,(NH4)2S2O8,(NH4)2SO3,硫酸二乙酯,As2O3,H3AsO3中的一种或多种任意比例混合物;
所述的A源包括Li2CO3,Li2O,LiOH,LiF,Li3PO4,LiNO3,LiCl,LiBr,LiI,LiPF6,C2H3O2Li,醋酸锂,K2CO3,KHCO3,KOH,KF,K3PO4,KNO3,KCl,KBr,KI,KPF6,乙酸钾,草酸钾,K2SiF6,MgCO3,MgO,Mg(OH)2,MgF2,MgCl2,MgBr2,MgI2,MgSiF6,乙酸镁,柠檬酸镁,CaCO3,CaO,Ca(OH)2,CaHPO4,Ca(H2PO4)2,Ca2P2O7,CaF2,CaCl2,CaH2,CaI2,葡萄糖酸钙,乙酸钙,BaCO3,BaO2,Ba(OH)2,BaS,BaHPO4,Ba(NO3)2,BaF2,BaCl2,BaBr2,乙酸钡中的一种或多种任意比例混合物;
所述的M源包括Mg,Al,Ca,Ti,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Rb,Sr,Y,Zr,Nb,Mo,Ru,Cd,Sn,Sb,Te,Cs,Ba,La,W,Bi等元素的碳酸盐、氧化物、氢氧化物、磷酸盐、硫酸盐、硝酸盐、卤化物、有机盐中的一种或多种任意比例混合物;
所述的X源包括NaCl,NH4Cl,HCl,LiCl,KCl,CaCl2,MgCl2,BaCl2,VCl3,BCl3,PCl3,CCl4,SiCl4,CH2Cl2,C2Cl4,NaBr,NH4Br,HBr,LiBr,KBr,CH3MgBr,CaBr2,BaBr2,CBr4,CH2Br2,CHBr3,NH4I,LiI,NaI,HI,KI,MgI2,CaI2,PI3,CH6IN,CH2I2中的一种或多种任意比例混合物。
3.根据权利要求2所述的一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料的制备方法,其特征在于,
所述的钒源包括V2O5,VO2,V2O3,NH4VO3,C2O5V,NaVO3,VCl3,VOCl3,VOSO4,VOF3中的一种或多种任意比例的混合物。
4.根据权利要求2所述的一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料的制备方法,其特征在于,
所述的磷源包括H3PO4,NH4H2PO4,(NH4)2HPO4,(NH4)4P2O7,P2O5,磷酸三乙酯,H3PO3,H4P2O7,NH4H2PO2,H9N2O3P中的一种或多种任意比例的混合物。
5.根据权利要求2所述的一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料的制备方法,其特征在于,
所述的碳源包括碳黑,石墨,乙炔黑,石墨化碳黑,介孔碳,导电炭黑,碳纳米管,碳纤维,石墨烯,蔗糖,葡萄糖,草酸,乙醇,乙二醇,PTFE,PVDF,甲酸,乙酸,柠檬酸,抗坏血酸,丙酮,淀粉中的一种或多种任意比例混合物。
6.根据权利要求2所述的一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料的制备方法,其特征在于,
所述的钠源包括Na2CO3,NaOH,NaHCO3,NaF,NaNO3,Na2SO4,C2Na2O4,C2H3NaO2,Na2O2,Na2O,NaBF4,NaCl,NaClO4,NaClO3,Na2SiO3,Na3PO4,NaBr,NaBrO3,Na2HPO4,NaH2PO4,海藻酸钠,C6H5Na3O7,乙醇酸钠,NaNH4HPO4,CH3ONa,NaI,NaIO3,NaIO4,C6H11NaO7,叔丁醇钠,三氟甲磺酸钠中的一种或多种任意比例混合物。
7.根据权利要求2所述的一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料的制备方法,其特征在于,
所述的氟源包括NH4F,NH4HF2,HF,LiF,NaF,KF,CaF2,MgF2,BaF2,NaBF4,NaPF6,AlF3,Na3AlF6,(NH4)2SiF6,MgSiF6,HBF4,HPF6,二氟乙酸、对溴三氟甲苯中的一种或多种任意比例混合物。
8.根据权利要求2所述的一种多电子传输钒基氧代氟磷酸钠电池材料的制备方法,其特征在于,
所述的保护性气氛包括氮气、氩气以及氢氩混合气。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113921779B (zh) * 2021-09-08 2022-12-13 西北大学 一种nasicon型钠快离子导体材料、制备方法及应用
CN118198274A (zh) * 2024-04-03 2024-06-14 南开大学 一种水系浆料聚阴离子型钠离子软包电池及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2739924A (en) * 1953-12-04 1956-03-27 Bristol Lab Inc Production of tetracycline
WO2008154563A1 (en) * 2007-06-11 2008-12-18 Bristol-Myers Squibb Company 1, 3 - dihydroxy substituted phenylamide glucokinase activators
CN108134082A (zh) * 2016-12-01 2018-06-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种钠离子电池用磷酸钒钠正极材料及其制备和应用
CN108417792A (zh) * 2018-02-01 2018-08-17 桂林理工大学 高性能铝钾共掺杂氟磷酸钒钠/碳复合材料的制备方法
CN108878875A (zh) * 2018-06-19 2018-11-23 中南大学 氟磷酸钒钠的制备方法
JP2020027733A (ja) * 2018-08-10 2020-02-20 太平洋セメント株式会社 ナトリウムイオン二次電池用負極活物質粒子の製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102354752B (zh) * 2011-10-27 2014-04-16 中南大学 一种制备锂离子电池正极材料氟磷酸钒锂的方法
CN104241711A (zh) * 2014-05-16 2014-12-24 南京工业大学 一种氯离子电池
CN104112858B (zh) * 2014-06-26 2016-04-13 西南大学 网络结构纳米NaVPO4F/C复合材料的制备方法和应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2739924A (en) * 1953-12-04 1956-03-27 Bristol Lab Inc Production of tetracycline
WO2008154563A1 (en) * 2007-06-11 2008-12-18 Bristol-Myers Squibb Company 1, 3 - dihydroxy substituted phenylamide glucokinase activators
CN108134082A (zh) * 2016-12-01 2018-06-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种钠离子电池用磷酸钒钠正极材料及其制备和应用
CN108417792A (zh) * 2018-02-01 2018-08-17 桂林理工大学 高性能铝钾共掺杂氟磷酸钒钠/碳复合材料的制备方法
CN108878875A (zh) * 2018-06-19 2018-11-23 中南大学 氟磷酸钒钠的制备方法
JP2020027733A (ja) * 2018-08-10 2020-02-20 太平洋セメント株式会社 ナトリウムイオン二次電池用負極活物質粒子の製造方法

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