一种钠离子电池正极材料钛锰酸钠的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池正极材料钛锰酸钠的制备方法，其工艺过程为：在草酸溶液中分别加入特定的钠源，锰源和钛源化合物混合均匀，之后在60℃下搅拌1h，随后置于空气干燥烘箱中70‑90℃下蒸发12h使其蒸干，之后在研钵中研磨20‑30min，之后置于马弗炉中在一定气氛条件下800‑1000℃烧结2‑12小时后，冷却至室温得到结构稳定、循环性能良好的Na

Preparation of sodium titanomangate as anode material for sodium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池正极材料钛锰酸钠的制备方法
本专利技术涉及电化学储能及二次电池电极材料制备
，具体涉及一种钠离子电池正极材料钛锰酸钠的制备方法。
技术介绍
近年钠离子电池的研究开发在国内外成为储能领域的研究热点，钠在自然界中分布广泛，价格低廉，和锂位于同一主族，物理化学性质相似，钠离子电池和锂离子电池工作原理相似，但是电极材料方面更能够利用廉价的过渡金属元素，因此在降低成本、降低对于自然资源供给的依赖方面有较大的发展空间，钠离子电池有望成为未来规模化储能的电池装置。目前受到关注的钠离子电池正极材料包括过渡金属氧化物、聚阴离子材料、普鲁士蓝材料、有机正极材料等。在过渡金属氧化物中资源丰富、价格低廉、绿色无毒的过渡金属锰元素被广泛使用，锰酸钠如隧道型结构的Na0.44MnO2材料是其中的典型代表。Na0.44MnO2材料提供了利于钠离子脱出和嵌入的隧道型结构，但仍然存在结构不稳定等缺点，需要进一步通过掺杂和表面包覆等手段改善其基本结构并优化其表面组成，从而改善其电化学性能。目前已公开的研究工作中采取了各种元素，例如Fe、Co、Ti、K等进行结构方面的优化，但值得注意的是这些得到的材料性能并没有表现出显著提升，其主要原因在于元素掺杂时制备工艺未能充分优化。因此，目前迫切需要一种能高效制备钠离子电池正极材料钛锰酸钠的方法，使其在作为钠离子电池正极材料使用中表现出稳定的作用。
技术实现思路
本专利技术针对上述技术问题，旨在提供一种制备工艺简单高效，绿色环保，循环性能好的钠离子电池正极材料钛锰酸钠。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种钠离子电池正极材料钛锰酸钠的制备方法，包括以下步骤：（1）在预先配制好的草酸溶液中分别加入特定的钠源，锰源和钛源化合物混合均匀得到产物一；（2）将所述产物一在60℃下搅拌1h，随后置于空气干燥烘箱中70-90℃下蒸发12h使其蒸干，之后在研钵中研磨20-30min得到产物二，将所述产物二置于马弗炉中在一定气氛条件下800-1000℃烧结2-12小时后，冷却至室温得到Na0.44TixMn1-xO2，0.05≤x≤0.35。进一步地，步骤（1）中，所述草酸溶液浓度为3-6mol/L。进一步地，步骤（1）中，所述钠源为氧化钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠或醋酸钠。进一步地，步骤（1）中，所述锰源为醋酸锰、碳酸锰、三氧化二锰或二氧化锰。进一步地，步骤（1）中，所述钛源为钛酸正丁酯或纳米钛酸。进一步地，步骤（2）中，所述一定气氛条件为空气或氧气气氛。进一步地，步骤（2）中，所述一定气氛条件的气体供给量为每克目标材料1L-10L/min。进一步地，步骤（2）中，x等于0.05，0.11，0.22或0.33。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的制备方法原料易得、廉价，反应条件温和，对于设备要求低，便于工业化推广应用，且合成过程简单高效，合成成本低，绿色无污染，该方法制备钠离子电池正极材料钛锰酸钠结构稳定，循环性能良好。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1制备的钠离子电池正极材料Na0.44Ti0.22Mn0.78O2的SEM表面形貌图；图2是本专利技术实施例2制备的钠离子电池正极材料Na0.44Ti0.11Mn0.89O2的SEM表面形貌图；图3是本专利技术实施例1制备的钠离子电池正极材料Na0.44Ti0.22Mn0.78O2的XRD谱图；图4为本专利技术实施例2制备的钠离子电池正极材料Na0.44Ti0.11Mn0.89O2制成的实验钠离子电池的充放电曲线图。具体实施方式下面通过对各实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有做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。本专利技术实施例提供一种钠离子电池正极材料钛锰酸钠的制备方法，其工艺过程为：步骤（1），在预先配制好的草酸溶液中分别加入特定的钠源，锰源和钛源化合物混合均匀得到产物一；步骤（2），将所述产物一在60℃下搅拌1h，随后置于空气干燥烘箱中70-90℃下蒸发12h使其蒸干，之后在研钵中研磨20-30min得到产物二，将所述产物二置于马弗炉中在一定气氛条件下800-1000℃烧结2-12小时后，冷却至室温得到Na0.44TixMn1-xO2，0.05≤x≤0.35。进一步地，步骤（1）中，所述草酸溶液浓度为3-6mol/L。进一步地，步骤（1）中，所述钠源为氧化钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠或醋酸钠。进一步地，步骤（1）中，所述锰源为醋酸锰、碳酸锰、三氧化二锰或二氧化锰。进一步地，步骤（1）中，所述钛源为钛酸正丁酯或纳米钛酸。进一步地，步骤（2）中，所述一定气氛条件为空气或氧气气氛。进一步地，步骤（2）中，所述一定气氛条件的气体供给量为每克目标材料1L-10L/min。进一步地，步骤（2）中，x等于0.05，0.11，0.22或0.33。实施例1一种钠离子电池正极材料钛锰酸钠的制备方法，包括以下步骤：在预先配制好的草酸溶液中按0.44：0.22：0.78的摩尔比先后加入碳酸钠、醋酸锰、钛酸正丁酯混合均匀得到产物一；将所述产物一在60℃下搅拌1h，随后置于空气干燥烘箱中80℃下蒸发12h使其蒸干，之后在研钵中研磨30min得到产物二，将所述产物二置于马弗炉中在空气气氛条件下900℃烧结3小时后，冷却至室温得到Na0.44Ti0.22Mn0.78O2，如图1所示为该材料SEM表面形貌图，如图3所示为该材料XRD谱图。。实施例2一种钠离子电池正极材料钛锰酸钠的制备方法，包括以下步骤：在预先配制好的草酸溶液中按0.44：0.10：0.90的摩尔比先后加入碳酸钠、醋酸锰、钛酸正丁酯混合均匀得到产物一；将所述产物一在60℃下搅拌1h，随后置于空气干燥烘箱中80℃下蒸发12h使其蒸干，之后在研钵中研磨30min得到产物二，将所述产物二置于马弗炉中在空气气氛条件下900℃烧结3小时后，冷却至室温得到Na0.44Ti0.11Mn0.89O2，如图2所示为该材料SEM表面形貌图。测试例取实施例2制得的产品和导电剂SuperP、粘结剂PVDF以质量比8：1：1混合，加入一定量的1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）在磁力搅拌器上搅拌3h，制成糊状物，再涂覆在铝箔上，在真空干燥箱中100℃下干燥12h，取涂覆均匀的地方将铝箔切成直径为14mm的圆片，再在真空干燥箱中100℃下干燥12h，转移至氩气手套本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钠离子电池正极材料钛锰酸钠的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）在预先配制好的草酸溶液中分别加入特定的钠源，锰源和钛源化合物混合均匀得到产物一；/n（2）将所述产物一在60℃下搅拌1h，随后置于空气干燥烘箱中70-90℃下蒸发12h使其蒸干，之后在研钵中研磨20-30min得到产物二，将所述产物二置于马弗炉中在一定气氛条件下800-1000℃烧结2-12小时后，冷却至室温得到Na

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池正极材料钛锰酸钠的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在预先配制好的草酸溶液中分别加入特定的钠源，锰源和钛源化合物混合均匀得到产物一；
（2）将所述产物一在60℃下搅拌1h，随后置于空气干燥烘箱中70-90℃下蒸发12h使其蒸干，之后在研钵中研磨20-30min得到产物二，将所述产物二置于马弗炉中在一定气氛条件下800-1000℃烧结2-12小时后，冷却至室温得到Na0.44TixMn1-xO2，0.05≤x≤0.35。


2.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料钛锰酸钠的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述草酸溶液浓度为3-6mol/L。


3.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料钛锰酸钠的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鼎，王文洋，史文静，赵海军，段东红，刘世斌，吴玉程，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14