一种层状-隧道复合材料及其物相比例的调控方法技术

本发明专利技术提供一种层状‑隧道复合材料及其物相调控方法，其中，该方法包括：按一定比例称量钠盐、锰盐、掺杂金属离子盐、和沉淀剂；将钠盐、锰盐及掺杂金属离子盐溶液溶于去离子水中得溶液A；步骤3：将沉淀剂溶于适量去离子水得溶液B；室温条件下，边搅拌边将溶液B滴加到溶液A中，滴加完后继续搅拌0.5～4h；搅拌后将剩余溶剂在70‑90℃下搅拌蒸干，然后将所得前驱物放置在120‑180℃的烘箱中干燥10h；最后将干燥后的前驱物在马弗炉中空气氛围下煅烧；煅烧后的样品采用液氮淬火。利用本发明专利技术方法制备得到的层状‑隧道复合材料具有优异的高倍率性能以及循环性能，且制备方法简单。

A Control Method of Layered-Tunnel Composites and Their Material Proportion

The invention provides a layered tunnel composite material and its phase control method, which includes: weighing sodium salt, manganese salt, doped metal ion salt and precipitator in a certain proportion; dissolving sodium salt, manganese salt and doped metal ion salt solution in deionized water to obtain solution A; step 3: dissolving precipitator in appropriate deionized water to obtain solution B; stirring at room temperature; At the same time, the solution B droplets were added to the solution A, and then stirred for 0.5-4 H. After stirring, the residual solvent was stirred and dried at 70 90 C, and then the precursors were placed in an oven at 120 180 C for 10 h. Finally, the dried precursors were calcined in air atmosphere in a muffle furnace. The calcined samples were quenched with liquid nitrogen. The laminated tunnel composite prepared by the method of the invention has excellent high rate performance and cyclic performance, and the preparation method is simple.

【技术实现步骤摘要】
一种层状-隧道复合材料及其物相比例的调控方法
本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种层状-隧道复合材料及其物相调控方法。
技术介绍
随着化石燃料的消耗及环境污染的日益加剧，对可再生能源(风能、太阳能、潮汐能等)的利用越来越受到关注，大规模储能技术的发展也越来越受到重视。目前锂离子电池在储能领域已经得到了成功的应用，但锂资源的储量有限且分布不均匀，锂离子电池的成本高等问题限制了锂离子电池在储能领域的大规模应用。由于钠的储量丰富且廉价易得，再加上钠离子和锂离子具有相似的电化学性，使得钠离子电池成为了锂离子电池在储能领域的一种可行的替代技术。但关于钠离子电池的电极材料的研究仍处于初级阶段。目前研究较多的钠离子电池正极材料有聚阴离子材料、层状材料、隧道结构材料及有机物材料。其中锰基层状氧化物正极材料因为能量密度高、结构简单、易规模化制备等优势被认为有较好的应用前景。为了克服单一层状结构在结构稳定性、库伦效率等方面的缺陷，研究工作者提出通过构建复合结构来结合不同材料的优势，主要包括P2/O3、P2/P3、P2/O2等。2015年，我们通过晶体结构分析提出构筑层状-隧道复合材料，结合层状结构的高容量以及隧道结构的优异稳定性和倍率性能。实验结果表明，层状-隧道复合材料相较层状材料在循环稳定性和倍率性能上有明显提升。(参见申请号：201510509454.6,专利技术名称为：钠离子电池层状-隧道复合结构锰基正极材料的制备方法)。为了进一步提高复合材料性能，需要对复合材料的物相组成比例进行改性优化，现有改性方法主要通过改变制备工艺条件来调节物相比例，会导致工艺复杂化，增加设备投资，如何通过一种简单的方法调节复合材料的无相比例以改进其性能对于推进其实际应用有重要价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种性能优异的层状-隧道复合材料以及该材料的物相调控方法。一种调控层状-隧道复合材料物相比例的方法，包括以下步骤：步骤1：按一定比例称量钠盐、锰盐、掺杂金属离子盐、和沉淀剂；步骤2：将钠盐、锰盐及掺杂金属离子盐溶液溶于去离子水中得溶液A；步骤3：将沉淀剂溶于适量去离子水得溶液B；步骤4：室温条件下，边搅拌边将溶液B滴加到溶液A中，滴加完后继续搅拌0.5～4h；搅拌后将剩余溶剂在70-90℃下搅拌蒸干，然后将所得前驱物放置在120-180℃的烘箱中干燥10h；步骤5：将干燥后的前驱物在马弗炉中空气氛围下煅烧；步骤6：煅烧后的样品采用液氮淬火。进一步地，如上所述的方法，所述掺杂金属离子盐为：铜盐、镍盐、锆盐、铁盐或者钛盐。进一步地，如上所述的方法，所述钠盐、锰盐、掺杂金属离子盐的摩尔比为：0.6:1-x:x，0<x<0.3。进一步地，如上所述的方法，步骤5中锻烧的具体措施为：首先在300-450℃下煅烧4-8h，然后在700-1000℃下煅烧10-18h，升温速率为2-10℃/分钟。根据如上任一所述调控方法制备得到的层状-隧道复合材料。一种钠离子电池正极材料，该正极材料以所述层状-隧道复合材料为原料制备得到。根据晶体场理论，异质离子的引入会造成材料中的层状结构增多，或者隧道结构增多，层状结构和隧道结构的电化学特征不同，(层状结构容量高、循环和倍率性能差，隧道结构容量低，但循环和倍率性能优异)，从而可以通过调节复合材料中的层状/隧道结构比例来调节所制备复合材料的性能特征。有益效果:利用本专利技术调控方法制备得到的层状-隧道复合材料具有优异的高倍率性能以及循环性能，且制备方法简单。而且通过本专利技术方法可以对所制备得到的复合材料的性能特征进行调节，比如可根据应用场景需求通过引入异质金属离子获得倍率性能优异或者循环性能优异的材料，实现材料的定制化制备。附图说明图1为本专利技术实施例1-3、对比例1制备得到的层状-隧道复合材料的XRD谱图；图2为本专利技术实施例4-6、对比例2制备得到的层状-隧道复合材料的循环性能图；图3为本专利技术实施例4-6、对比例2制备得到的层状-隧道复合材料的倍率性能图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术主要是通过调节起始原料，通过在层状-隧道复合材料中引入异质金属离子，在不改变制备工艺条件和使用设备的前提下，调节复合材料的物相组成比例。实施例1：本实施例提供一种层状-隧道复合材料(化学式为Na0.6Mn0.9Ni0.1O2)的制备方法，包括以下步骤：步骤1：采用共沉淀法制备前驱物，按一定比例称量钠盐、锰盐、镍盐、和沉淀剂，首先将钠盐、锰盐及镍盐溶液溶于去离子水中得溶液A；步骤2：将沉淀剂溶于适量去离子水得溶液B；步骤3：室温条件下，边搅拌边将溶液B滴加到溶液A中，滴加完后继续搅拌0.5～4h；搅拌后将剩余溶剂在70-90℃下搅拌蒸干，然后将所得前驱物放置在120-180℃的烘箱中干燥10h；步骤4：最后将干燥后的前驱物在马弗炉中空气氛围下煅烧。首先在300-450℃下煅烧4-8h，然后在700-1000℃下煅烧10-18h，升温速率为2-10℃/分钟，煅烧后的样品采用液氮淬火。实施例2：本实施例提供一种层状-隧道复合材料(化学式为Na0.6Mn0.9Ti0.1O2)物相比例的方法包括以下步骤：步骤1：采用共沉淀法制备前驱物，按一定比例称量钠盐、锰盐、钛盐和沉淀剂，首先将钠盐、锰盐及钛盐溶液溶于去离子水中得溶液A；步骤2：将沉淀剂溶于适量去离子水得溶液B；步骤3：室温条件下，边搅拌边将溶液B滴加到溶液A中，滴加完后继续搅拌0.5～4h；搅拌后将剩余溶剂在70-90℃下搅拌蒸干，然后将所得前驱物放置在120-180℃的烘箱中干燥10h；步骤4：最后将干燥后的前驱物在马弗炉中空气氛围下煅烧。首先在300-450℃下煅烧4-8h，然后在700-1000℃下煅烧10-18h，升温速率为2-10℃/分钟，煅烧后的样品采用液氮淬火。实施例3：本实施例提供一种层状-隧道复合材料(化学式为Na0.6Mn0.9Fe0.1O2)物相比例的方法包括以下步骤：步骤1：采用共沉淀法制备前驱物，按一定比例称量钠盐、锰盐、铁盐和沉淀剂，首先将钠盐、锰盐及铁盐溶液溶于去离子水中得溶液A；步骤2：将沉淀剂溶于适量去离子水得溶液B；步骤3：室温条件下，边搅拌边将溶液B滴加到溶液A中，滴加完后继续搅拌0.5～4h；搅拌后将剩余溶剂在70-90℃下搅拌蒸干，然后将所得前驱物放置在120-180℃的烘箱中干燥10h；步骤4：最后将干燥后的前驱物在马弗炉中空气氛围下煅烧。首先在300-450℃下煅烧4-8h，然后在700-1000℃下煅烧10-18h，升温速率为2-10℃/分钟，煅烧后的样品采用液氮淬火。对比例1：本实施例提供一种层状-隧道复合材料(化学式为Na0.6MnO2)的制备方法，包括以下步骤：步骤1：采用共沉淀法制备前驱物，按一定比例称量钠盐、锰盐、和沉淀剂，首先将钠盐、锰盐溶液溶于去离子水中得溶液A；步骤2：将沉淀剂溶于适量去离子水得溶液B；步骤3：室温条件下，边搅拌边将溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调控层状‑隧道复合材料物相比例的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：按一定比例称量钠盐、锰盐、掺杂金属离子盐、和沉淀剂；步骤2：将钠盐、锰盐及掺杂金属离子盐溶液溶于去离子水中得溶液A；步骤3：将沉淀剂溶于适量去离子水得溶液B；步骤4：室温条件下，边搅拌边将溶液B滴加到溶液A中，滴加完后继续搅拌0.5～4h；搅拌后将剩余溶剂在70‑90℃下搅拌蒸干，然后将所得前驱物放置在120‑180℃的烘箱中干燥10h；步骤5：将干燥后的前驱物在马弗炉中空气氛围下煅烧；步骤6：煅烧后的样品采用液氮淬火。

【技术特征摘要】
1.一种调控层状-隧道复合材料物相比例的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：按一定比例称量钠盐、锰盐、掺杂金属离子盐、和沉淀剂；步骤2：将钠盐、锰盐及掺杂金属离子盐溶液溶于去离子水中得溶液A；步骤3：将沉淀剂溶于适量去离子水得溶液B；步骤4：室温条件下，边搅拌边将溶液B滴加到溶液A中，滴加完后继续搅拌0.5～4h；搅拌后将剩余溶剂在70-90℃下搅拌蒸干，然后将所得前驱物放置在120-180℃的烘箱中干燥10h；步骤5：将干燥后的前驱物在马弗炉中空气氛围下煅烧；步骤6：煅烧后的样品采用液氮淬火。2.根据权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴振国，郭孝东，李君涛，钟本和，向伟，黄令，孙世刚，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51