本发明专利技术属于钠离子电池技术领域，具体一种用于钠离子电池的五元层状氧化物正极材料及其制备方法。该材料是用化学计量比的碳酸钠、氧化镍、氧化钴、氧化铁、氧化钛和氧化锰(或者高温分解只能生成其氧化物的其他前驱体)混合均匀，然后压成小圆片，将其放入氧气流和空气的电炉内进行高温反应，即获得单相的五元层状氧化物NaNimFenCoxMnyTizO2（0<m,n,x,y,z<1）。该电极材料用于钠离子电池中，首次比容量达128mAh/g，平均电压为3.1V vs. Na+/Na，比能量可达396Wh/kg，电极在4C倍率下经300次循环后容量保持率为90%。NaNimFenCoxMnyTizO2的电化学稳定性好、比容量高、倍率性能好、循环性能好、制备方法简单，适用于钠离子电池。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属电化学
，具体涉及一类用于钠离子电池的正极材料及其制备方法。
技术介绍
由于化石燃料等传统能源的大量使用造成了全球性的环境问题和气候变化另一方面化石燃料等不可再生能源的储量也是有限的。所以开发新能源就显得尤其重要，风能、太阳能、潮汐能等由于受天气和资历位置的影响较大，对其的有效利用就需要将其和化学电源结合使用，将其发出的电能储存于化学电源中，在经过电网输送给用户。大规模的储能需要大量的化学电源，现在已经比较成熟的商品化的电池如铅酸蓄电池由于使用重金属铅会造成很大的环境污染，对于锂离子电池，如果大规模使用，一方面是，在地壳中金属锂的储量有限，另一方面锂离子电池的成本很高。而钠离子电池，其在主体材料中的嵌入脱出客体为钠，电解质盐为钠元素，钠元素在地球上的储量远远大于锂，并且价格也比锂便宜。而且在在钠离子电池中，Al和Na没有合金，所以负极集流体可以选择用Al箔，能够进一步降低价格。钠离子电池作为大规模储能应用的电池将会有很大优势。寻找大容量，高能量密度的钠离子正极材料显得尤为迫切。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种性能良好的钠离子电池正极材料及其制备方法。本专利技术提出的锂离子电池正极材料，同时含有过渡金属N1、e、Co、Mn和Ti，为一种五元层状过渡金属氧化物，化学式为:NaNi/eJo^MnJi^O；；，Q<m，n, x, js ζ<Αο经研究表明，此类材料具有良好的电化学性能，可作为高性能钠离子电池的正极材料。目前为止没有关于NaNi/e?COAMn；Tiz02材料用作钠离子电池正极材料的报道。本专利技术提出的作为钠离子电池正极材料的NaNi/e?COAMn；Tiz02为粉体形式，其一次颗粒大小为1~2 μηι。本专利技术使用一种简单的固相合成方法制备NaNi/efo^MnJiA正极材料，具体步骤如下: 将碳酸钠，氧化镍，氧化钴，氧化铁，氧化钛，氧化锰(或者高温分解只能生成其氧化物的其他前驱体)等按照化学计量比混合均匀，然后压成小圆片，将其放入氧气流和空气的电炉内进行高温反应，反应温度在700-1000摄氏度之间，反应时间为2-48h。然后用研钵研磨至精细颗粒。粉末的颗粒形貌可由扫描电镜测定。本专利技术中，NaNi/e?C0AMn；Ti A的晶体结构由X射线衍射仪测定。本专利技术中，NaNi/hCo^rvTiA，炭黑，粘结剂(聚偏佛乙稀，PVDF)按照7:2:1的比例，加入I甲基吡咯烷酮，磁力搅拌为浆料，用自动涂膜机在Al箔上涂膜，120度8h烘干极片，然后用冲片机冲成直径为12mm的小圆片。电化学性能测试采用扣式电池，其中，NaNi/e?Co鄭;TizO2极片用作工作电极，Whatman/GF为隔膜，高纯钠片用作负极。电解液为IM NaClO4 + EC + PC (V/V=l/1 )，添加5 % FEC0电池装配在充氩气的手套箱内进行。电池的充放电实验在蓝电(Land)电池测试系统上进行。本专利技术中，NaNiJ^Co^rvTiA电极具有良好的充放电性能，首次比容量达128mAh/g，平均电压为3.1V vs.Na+/Na，比能量可达396Wh/kg，充放电曲线具有很好的对称性形状，极化大约为0.1V。电极在4C倍率下经300次循环后容量保持率为90%，每一次的容量衰减平均为0.035%。在30C条件下仍然有大约60mA/g的容量。上述性能表明，NaNi/e?CoJV[n；riz02是一类新型的正极材料，其电化学稳定性好、比容量高、倍率性能好、循环性能好、制备方法简单，可适用于钠离子电池。【附图说明】图1为NaNi/e?COAMn；Tiz02电极的充放电曲线。【具体实施方式】下面通过实施例进一步描述本专利技术。用化学计量比的碳酸钠，氧化镍，氧化钴，氧化铁，氧化钛，氧化锰(或者高温分解只能生成其氧化物的其他前驱体)等按照混合均匀，然后压成小圆片，将其放入氧气流和空气的电炉内进行高温反应，可以获得单相的五元层状氧化物NaNi/eJo^Mn/iJVO〈典η,x, y, ^<l)o XRD衍射图样表明制备的粉末为单相的NaNiJ^Co^MrvTiA。将制得的粉末制成工作电极，以高纯钠片作为对电极组装成扣式电池。其中电解液为NaClO4 + EC + PC (V/V=l/1)，添加5 % FEC, (EC与DMC的体积比为1/1)，电池装配在充氩气的干燥箱内进行。电池的充放电在Land电池测试系统上进行。NaNi/e?C0AMn；TiA粉末电极表现出了良好的电化学性能(见图1)。【主权项】1.一种钠离子电池正极材料，其特征在于，同时含有过渡金属元素N1、e、Co、Mn和Ti，为一种五元层状过渡金属氧化物，化学式为:NaNi/eJo^MnJi^O；； ,Q<m, n, x, js ζ<\ο2.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，为粉体形式，其一次颗粒大小为1~2 μπι。3.一种如权利要求1所述的钠离子电池正极材料制备方法，其特征在于具体步骤为:将碳酸钠、氧化镍、氧化钴、氧化铁、氧化钛和氧化锰，或者高温分解只能生成其氧化物的其他前驱体，按照化学计量比混合均匀，然后压成小圆片，再将其放入氧气流和空气的电炉内进行高温反应，反应温度为700-1000摄氏度，反应时间为2-48小时。4.一种五元层状过渡金属氧化物作为钠离子电池正极材料的应用，所述五元层状过渡金属氧化物的化学式为:NaNi/eJo^MnJi^O；；，Q<m，n, x, js ζ<Αο【专利摘要】本专利技术属于钠离子电池
，具体一种。该材料是用化学计量比的碳酸钠、氧化镍、氧化钴、氧化铁、氧化钛和氧化锰(或者高温分解只能生成其氧化物的其他前驱体)混合均匀，然后压成小圆片，将其放入氧气流和空气的电炉内进行高温反应，即获得单相的五元层状氧化物NaNi<i>m</i>Fe<i>n</i>Co<i>x</i>Mn<i>y</i>Ti<i>z</i>O2（0<<i>m,n,x,y,z</i><1）。该电极材料用于钠离子电池中，首次比容量达128mAh/g，平均电压为3.1V？vs.？Na+/Na，比能量可达396Wh/kg，电极在4C倍率下经300次循环后容量保持率为90%。NaNi<i>m</i>Fe<i>n</i>Co<i>x</i>Mn<i>y</i>Ti<i>z</i>O2的电化学稳定性好、比容量高、倍率性能好、循环性能好、制备方法简单，适用于钠离子电池。【IPC分类】H01M4/485, H01M10/054, H01M4/505, H01M4/525【公开号】CN105161703【申请号】CN201510480064【专利技术人】岳继礼, 傅正文 【申请人】复旦大学【公开日】2015年12月16日【申请日】2015年8月7日本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钠离子电池正极材料，其特征在于，同时含有过渡金属元素Ni、e、Co、Mn和Ti，为一种五元层状过渡金属氧化物，化学式为：NaNimFenCoxMnyTizO2 ，0<m, n, x, y, z<1。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：岳继礼，傅正文，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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