一种纳米片状钠离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米片状钠离子电池正极材料，其分子式为Na0.45(Mn0.52Ni0.28‑xFe

Nano slice type sodium ion battery positive electrode material and preparation method thereof

The invention discloses a nano Flake sodium ion battery cathode material, its molecular formula is Na0.45 (Mn0.52Ni0.28 xFe

【技术实现步骤摘要】
一种纳米片状钠离子电池正极材料及其制备方法
本专利技术涉及电化学材料
，特别涉及一种纳米片状钠离子电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
随着能源匮乏、资源紧缺、环境污染等问题日益严重，开发新型清洁可持续的能源已成为人们关注的重点。由于钠资源丰富，在地壳中的含量为2.64％，在海水中NaCl的含量占3.5％，易提取，成本低廉，且与锂具有相似的化学性质，因此人们对钠离子电池的研究越来越多。然而当前制约钠离子电池实用化的主要瓶颈正是缺乏可稳定嵌/脱钠离子的长寿命型电极材料。在钠离子电池正极材料中，过渡元素铁、锰、镍等组成的层状材料受到广泛关注，并可能最早实现大规模商业化应用，但基本以不规则颗粒状为主，分子通式为NaMO2(M为一种或多种金属元素的组合)，存在比容量低、倍率性能差、性能不稳定等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供一种高容量、倍率放电性能好的六边形纳米片状的Na0.45(Mn0.52Ni0.28-xFex)O2材料，其六边形纳米片状材料形貌独特，可以提高材料的结构稳定性、储钠比容量和倍率放电性能，能够让钠离子更快地嵌脱，可以稳定嵌/脱钠离子，使用寿命长，规整性好，比容量高、倍率性能好、性能稳定。本专利技术的目的还在于，提供一种上述Na0.45(Mn0.52Ni0.28-xFex)O2材料的制备方法。本专利技术为达到上述目的所采用的技术方案是：一种纳米片状钠离子电池正极材料，该纳米片状钠离子电池正极材料的分子式为Na0.45(Mn0.52Ni0.28-xFex)O2，其中x为0.08～0.2。优选地，该纳米片状钠离子电池正极材料的分子式中原子Na：Mn+Ni+Fe：O的摩尔比为0.45:0.8:2.0，分子式为Na0.45M0.8O2，其中M为金属元素。一种前述的纳米片状钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：第一步，将可溶性镍盐、铁盐、锰盐、钠盐加入去离子水中，搅拌溶解均匀，得到混合盐溶液；第二步，向第一步所得的混合盐溶液中加入柠檬酸水溶液，在中温水浴下搅拌反应一段时间，加入氨水调节PH值，继续在高温水浴下搅拌反应一段时间，反应得到前驱体凝胶；第三步，将第二步所得的前驱体凝胶进行干燥、研磨、预烧结、高温烧结后，得到纳米片状钠离子电池正极材料。进一步地，所述的可溶性镍盐为正二价镍盐，正二价镍盐为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸镍中的任一种；所述的可溶性铁盐为氯化亚铁、硝酸铁、醋酸亚铁中的任一种；所述的可溶性锰盐为正二价锰盐，正二价锰盐为硝酸锰、硫酸锰、醋酸锰、氯化锰中的任一种；所述的可溶性钠盐硝酸钠、氯化钠中的任一种。进一步地，所述的第一步中混合盐溶液的质量分数为6.3％～9.6％。进一步地，所述的第二步中氨水调节PH为5.5～6.0。进一步地，所述的第二步中柠檬酸水溶液的浓度为0.04～0.07g/mL。进一步地，所述的第二步中混合盐溶液与柠檬酸水溶液的质量比为0.7～3.2。进一步地，所述的第二步中中温水浴的温度为40～50℃、反应时间为1～3小时，所述的第二步中高温水浴的温度为60～90℃、反应时间为6～8小时。进一步地，所述的第三步中具体包括在100℃干燥12～16小时，在500℃预烧结4～6小时，在850～950℃烧结12～14小时。本专利技术的纳米片状钠离子电池正极材料Na0.45(Mn0.52Ni0.28-xFex)O2的制备原理大致如下：首先，按照确定好的化学计量比向去离子水中加入可溶性的镍盐、钠盐、铁盐和锰盐得到含有Fen+，Ni2+，Na+，Mn2+阳离子的溶液。加入柠檬酸，中温水浴搅拌，柠檬酸含有三个羧基，水解成柠檬酸根阴离子(COO-)，与Fen+，Ni2+，Na+，Mn2+阳离子键合，发生络合反应，温水浴可加快络合反应的进行，随着络合反应的进行，柠檬酸与金属阳离子形成均匀交联的网状结构。再加入氨水调节PH值到5～6.5，因为与金属阳离子M+络合的实际上是柠檬酸根阴离子，但体系酸度过高时，H+就会大量与柠檬酸根阴离子结合，形成其共轭酸，柠檬酸根平衡浓度降低，影响柠檬酸根与金属阳离子的络合主反应，之后高温水浴搅拌，进一步加快络合反应，随着反应进行以及水分的蒸发，得到湿凝胶，也即是前驱体凝胶。将湿凝胶高温干燥，在空气中400～500℃预烧结，除去C、H等杂元素，研磨成粉体，在空气中850～950℃高温烧结得到Na0.45(Mn0.52Ni0.28-xFex)O2材料成品。与现有技术相比，本专利技术通过溶胶-凝胶法将调控元素种类与配比制备得到六边形纳米片状的Na0.45(Mn0.52Ni0.28-xFex)O2正极材料，其六边形纳米片状材料形貌独特，可以提高材料的结构稳定性，能够让钠离子更快地嵌脱，有利于提高材料的储钠比容量和倍率放电性能，应用于钠离子电池，具有较高的容量以及较好的倍率放电性能；同时通过调节过渡金属元素的种类与含量，使三元层状材料的生长按照特定的取向晶面生长，能够得到规则的、不同晶面暴露的晶体材料，特定的暴露晶面有利于钠离子的嵌脱，可以稳定嵌/脱钠离子，是一种长寿命型电极材料，规整性好，比容量高、倍率性能好、性能稳定。上述是专利技术技术方案的概述，以下结合附图与具体实施方式，对本专利技术做进一步说明。附图说明图1是实施例1Na0.45(Mn0.52Ni0.14Fe0.14)O2材料前驱体的XRD图谱；图2是实施例2Na0.45(Mn0.52Ni0.2Fe0.08)O2材料的SEM图；图3是实施例3Na0.45(Mn0.52Ni0.08Fe0.2)O2材料的TEM图；图4是实施例1Na0.45(Mn0.52Ni0.14Fe0.14)O2材料在2.0-4.0V、0.1C电流密度下的充放电曲线；图5是实施例2Na0.45(Mn0.52Ni0.2Fe0.08)O2材料在2.0-4.0V、不同电流密度下的倍率放电曲线；图6是实施例3Na0.45(Mn0.52Ni0.08Fe0.2)O2材料在2.0-4.0V、0.2C电流密度下的循环曲线。具体实施方式：为了使本专利技术的目的和技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例作详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1：本实施例的纳米片状钠离子电池正极材料的分子式为Na0.45(Mn0.52Ni0.14Fe0.14)O2，其具体的制备方法包括如下步骤：将6.372g四水乙酸锰、1.742g四水乙酸镍、2.828g九水硝酸铁与2.033g硝酸钠溶于200g去离子水中，搅拌溶解均匀，然后滴加200g浓度为0.08g/mL的柠檬酸溶液，在50℃水浴反应4小时，之后用氨水调节PH至5.8，然后将水浴温度升高到65℃，反应12小时得到湿凝胶，也即是前驱体凝胶，在100℃干燥12小时，研磨成粉末，然后在空气中500℃煅烧4小时，取出，再次研磨，再在空气中900℃煅烧12小时，得到材料成品。将实施例1制备的Na0.45(Mn0.52Ni0.14Fe0.14)O2材料进行电化学性能测试：将该材料与导电碳黑、粘结剂聚偏氯乙烯(PVDF)按质量比8∶1∶1混合，再加入适量N-甲基吡咯烷酮(NMP)搅拌均匀，涂布到铝箔上，在真空烘箱中于90℃下烘干，在冲片机上剪片得Na0.45(Mn0.52本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米片状钠离子电池正极材料，其特征在于，该纳米片状钠离子电池正极材料的分子式为Na0.45(Mn0.52Ni0.28‑xFex)O2，其中x为0.08～0.2。

【技术特征摘要】
1.一种纳米片状钠离子电池正极材料，其特征在于，该纳米片状钠离子电池正极材料的分子式为Na0.45(Mn0.52Ni0.28-xFex)O2，其中x为0.08～0.2。2.根据权利要求1所述的纳米片状钠离子电池正极材料，其特征在于，该纳米片状钠离子电池正极材料的分子式中原子Na：Mn+Ni+Fe：O的摩尔比为0.45:0.8:2.0，分子式为Na0.45M0.8O2，其中M为金属元素。3.一种权利要求1或2所述的纳米片状钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，将可溶性镍盐、铁盐、锰盐、钠盐加入去离子水中，搅拌溶解均匀，得到混合盐溶液；第二步，向第一步所得的混合盐溶液中加入柠檬酸水溶液，在中温水浴下搅拌反应一段时间，加入氨水调节PH值，继续在高温水浴下搅拌反应一段时间，反应得到前驱体凝胶；第三步，将第二步所得的前驱体凝胶进行干燥、研磨、预烧结、高温烧结后，得到纳米片状钠离子电池正极材料。4.根据权利要求3所述的纳米片状钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述的可溶性镍盐为正二价镍盐，正二价镍盐为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸镍中的任一种；所述的可溶性铁盐为氯化亚铁、硝酸铁、醋酸亚铁中的任一种；所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄象金，宋晓娜，邓耀明，黄云辉，周训富，文庆有，张新河，常嵩，李中廷，赵玲，
申请(专利权)人：东莞市迈科新能源有限公司，东莞市迈科科技有限公司，东莞市迈科锂离子电池工业节能技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44