钠离子正极材料及制备方法技术

本发明专利技术公开一种钠离子正极材料及制备方法。该正极材料由NaV6O15、乙炔黑及粘结剂按质量比75:15:10混合后，滴加适量的N-甲基-2-吡咯烷酮，不断研磨搅拌至均匀糊状后涂布于金属棒上，真空干燥制成；其中，NaV6O15的晶体结构为尺寸均匀纳米棒状结构，由质量比NH4VO3：NaCl：表面活性剂：去离子水＝1:(1.5～2.5):(0.1～0.3)：100的NH4VO3、NaCl、表面活性剂和去离子水在强酸性的水热条件下制备而成。本发明专利技术确定制备NaV6O15电极材料中表面活性剂的恰当含量，制备得到NaV6O15的晶体结构为尺寸均匀纳米棒状结构，由NaV6O15制备的电极材料具有较佳的电化学性能，进而制备得到的电池的电化学性能也较佳，故本发明专利技术实现成本较低，且有巨大的应用发展前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种正极材料，尤其是涉及一种钠离子正极材料及制备方法。
技术介绍
随着以特斯拉为代表的新能源汽车的火爆，锂离子电池得到飞速快递。但锂离子电池受限于锂矿资源的开发及加工，从2014年下半年至今碳酸锂价格不断暴涨就是最好的证明。为此，有必要开发与锂离子电池工作原理相似的钠离子电池作为替代品，钠离子电子具有成本低及电化学性能优良的特点，相信在未来也巨大的发展前景。
技术实现思路
本专利技术提出一种制备工艺简单、实现成本较低且具有优良电化学性能的钠离子正极材料及制备方法。一种钠离子正极材料，由NaV6O15、乙炔黑及粘结剂按质量比75:15:10混合后，滴加适量的N-甲基-2-吡咯烷酮，不断研磨搅拌至均匀糊状后涂布于金属棒上，真空干燥制成；其中，NaV6O15的晶体结构为尺寸均匀纳米棒状结构，由质量比NH4VO3：NaCl：表面活性剂：去离子水＝1:(1.5～2.5):(0.1～0.3)：100的NH4VO3、NaCl、表面活性剂和去离子水在强酸性的水热条件下制备而成。其中，NH4VO3：NaCl：表面活性剂：去离子水＝1:2:0.2:100。一种钠离子正极材料的制备方法，其包括：步骤一、按质量比NH4VO3：NaCl：表面活性剂：去离子水＝1:(1.5～2.5):(0.1～0.3)：100取NH4VO3、NaCl和去离子水，将NH4VO3、NaCl和表面活性剂溶于去离子水中，在60℃下不断搅拌至完全溶解，加入适量的盐酸调节混合容易的pH值至不超过2；步骤二、将所得混合溶液倒入不锈钢高压釜，200℃-300℃条件下水热反应12-24小时，NH4VO3中的VO3-会与盐酸的H+结合生成HVO3，HVO3进一步水解生成具有层状结构的V2O5，随着水热反应的进行，体系温度升高压强增大，NaCl中的Na离子会逐步嵌入V2O5的层状结构中，最终生成NaV6O15，然后自然冷却至室温并进行真空抽滤，用去离子水和乙醇各洗涤两遍，真空干燥后，再放入高温炉中400℃-600℃煅烧6-12小时，制备得到为棕色粉末的NaV6O15；步骤三、将制备的NaV6O15、乙炔黑及粘结剂按质量比75：15：10混合，滴加适量的N-甲基-2-吡咯烷酮，不断研磨搅拌至均匀糊状后涂布于金属棒上，真空干燥即制作成正极。其中，NH4VO3：NaCl：表面活性剂：去离子水＝1:2:0.2:100。其中，金属棒为铝棒或铜棒。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术确定制备NaV6O15电极材料中表面活性剂的恰当含量，制备得到NaV6O15的晶体结构为尺寸均匀纳米棒状结构，由NaV6O15制备的电极材料具有较佳的电化学性能，进而制备得到的电池的电化学性能也较佳，故本专利技术实现成本较低，且有巨大的应用发展前景。具体实施方式步骤一、按质量比NH4VO3：NaCl：表面活性剂：去离子水＝1:(1.5～2.5):(0.1～0.3)：100取NH4VO3、NaCl、表面活性剂和去离子水，将NH4VO3、NaCl和表面活性剂溶于去离子水中，在60℃下不断搅拌至完全溶解，加入适量的强酸溶液(比如盐酸、硫酸等)调节混合容易的pH值至不超过2。步骤二、将所得混合溶液倒入聚四氟乙烯衬里不锈钢高压釜，200℃-300℃条件下水热反应12-24小时，然后自然冷却至室温，将反应得产物进行真空抽滤，用去离子水和乙醇各洗涤两遍，真空干燥后，再放入高温炉中400℃-600℃煅烧6-12小时，制备得到为棕色粉末的NaV6O15。以强酸为盐酸为例。水热反应过程中，在酸性条件下，NH4VO3中的VO3-会与盐酸的H+结合生成HVO3，HVO3进一步水解生成具有层状结构的V2O5，即使随着水热反应的进行，体系温度升高压强增大，NaCl中的Na离子会逐步嵌入V2O5的层状结构中，最终生成NaV6O15。上述步骤一中，如果添加过量或少量的表面活性剂，都不利于最终生成的生成NaV6O15的晶体结构。实验证明，当添加过量或少量的表面活性剂，最后生成的NaV6O15的晶体结构为长短差异大且无序堆砌的片状结构，这种晶体结构的NaV6O15的用于制备正极时，在充放电过程中会出现比较严重的极化现象，对其电化学性能产生非常不利的影响。而本专利技术确定了表面活性剂的添加比例，表面活性剂可以有效降低原有的界面张力，同时还可能对材料不同晶面产生不同的选择性吸附，利用空间位阻效应降低产物团聚并且改变形貌，实现对产物形貌的可控合成，故本专利技术通过确定了表面活性剂的添加比例，使制备得到的NaV6O15的晶体结构为尺寸均匀纳米棒状结构。步骤三、将制备的NaV6O15、乙炔黑及粘结剂按质量比75：15：10混合，滴加适量的N-甲基-2-吡咯烷酮，不断研磨搅拌至均匀糊状后涂布于金属棒(比如铝、铜等)上，真空干燥即制作成正极。实施例1按质量比NH4VO3：NaCl：表面活性剂：去离子水＝1:1.5:0.1:100取NH4VO3、NaCl和去离子水，将NH4VO3、NaCl和表面活性剂溶于去离子水中，加入适量的盐酸调节混合容易的pH值至2。将所得混合溶液倒入聚四氟乙烯衬里不锈钢高压釜，200℃条件下水热反应24小时，然后自然冷却至室温，将反应得产物进行真空抽滤，用去离子水和乙醇各洗涤两遍，真空干燥后，再放入高温炉中400℃煅烧12小时，制备得到为棕色粉末的NaV6O15。经场发射透射电子显微镜检测发现该制备得到的NaV6O15的晶体结构长度均约1.35um且颗粒大小均匀的纳米棒状结构。将制备的NaV6O15、乙炔黑及粘结剂按质量比75：15：10混合，滴加适量的N-甲基-2-吡咯烷酮，不断研磨搅拌至均匀糊状后涂布于铝棒上，真空干燥即制作成正极。以金属钠作对电极，玻璃纤维作隔膜，加入电解液即构成电池。经测试，在电压3.5V的情况下，当电流密度分别为20、50、100和150mAg-1时，此电池首次放电容量分别为147、128、118和107mAhg-1，30次充放电循环后的容量保有率为64.3％、68.7％、71.9％和74.1％。实施例2质量比NH4VO3：NaCl：表面活性剂：去离子水＝1:2:0.2：100取NH4VO3、NaCl和去离子水，将NH4VO3、NaCl和表面活性剂溶于去离子水中，在60℃下不断搅拌至完全溶解，加入适量的强酸溶液(比如盐酸、硫酸等)调节混合容易的pH值至为1。将所得混合溶液倒入聚四氟乙烯衬里不锈钢高压釜，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钠离子正极材料，其特征在于，由NaV6O15、乙炔黑及粘结剂按质量比75:15:10混合后，滴加适量的N‑甲基‑2‑吡咯烷酮，不断研磨搅拌至均匀糊状后涂布于金属棒上，真空干燥制成；其中，NaV6O15的晶体结构为尺寸均匀纳米棒状结构，由质量比NH4VO3：NaCl：表面活性剂：去离子水＝1:(1.5～2.5):(0.1～0.3)：100的NH4VO3、NaCl、表面活性剂和去离子水在强酸性的水热条件下制备而成。

【技术特征摘要】
1.一种钠离子正极材料，其特征在于，由NaV6O15、乙炔黑及粘结剂按
质量比75:15:10混合后，滴加适量的N-甲基-2-吡咯烷酮，不断研磨搅拌至均
匀糊状后涂布于金属棒上，真空干燥制成；
其中，NaV6O15的晶体结构为尺寸均匀纳米棒状结构，由质量比NH4VO3：
NaCl：表面活性剂：去离子水＝1:(1.5～2.5):(0.1～0.3)：100的NH4VO3、
NaCl、表面活性剂和去离子水在强酸性的水热条件下制备而成。
2.根据权利要求1所述钠离子正极材料，其特征在于，NH4VO3：NaCl：
表面活性剂：去离子水＝1:2:0.2:100。
3.一种钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤一、按质量比NH4VO3：NaCl：表面活性剂：去离子水＝1:(1.5～2.5):
(0.1～0.3)：100取NH4VO3、NaCl和去离子水，将NH4VO3、NaCl和表面活
性剂溶于去离子水中，在60℃下不断搅拌至完全溶解，加入适量的盐酸调节
混合容易的pH值至不超过2；

【专利技术属性】
技术研发人员：王银娣，
申请(专利权)人：王银娣，
类型：发明
国别省市：广东;44