一种富含Mg和阳离子空位的氧化物材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种富含Mg和阳离子空位的氧化物材料及其制备方法与应用，其制备步骤包括：将草酸加入去离子水中，搅拌溶解得到溶液A，将硝酸钠、六水硝酸镁和四水乙酸锰按照化学通式Na

【技术实现步骤摘要】
一种富含Mg和阳离子空位的氧化物材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及新能源电极材料
，具体而言，涉及一种富含Mg和阳离子空位的氧化物材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]由于钠元素含量丰富且成本较低，钠离子电池作为锂离子电池的替代品引起了研究人员的广泛关注。然而，高性能正极材料的短缺是开发下一代高功率和高能量密度钠离子电池的主要障碍之一。
[0003]钠离子电池的正极材料目前主要可分为过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝及其类似物以及有机电极材料等，其中含钠的过渡金属锰基层状氧化物，由于其二维层状结构在充放电过程中为钠离子的嵌入和脱出提供了大的扩散通道，同时合成简便，具有高的比容量等优点非常适合作钠离子电池的正极。同时，锰元素具有高的地球丰度和低毒性，使得Na
x
MnO2衍生物是安全、低成本、可持续的正极材料。然而，含钠的过渡金属锰基层状氧化物易受到姜
‑
泰勒畸变效应影响，会导致其性能和稳定性减弱。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种富含Mg和阳离子空位的氧化物材料及其制备方法与应用，通过引入镁和阳离子空位，以解决现有钠离子电池正极材料充放电过程中易出现电压衰退、库伦效率较差、容量快速衰减等问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一种富含Mg和阳离子空位的氧化物材料，所述富含Mg和阳离子空位的氧化物材料的化学通式为Na
x
Mg
y
□1‑
y
‑
z
Mn
z
O2，x的范围取值为0.66
‑
0.68，y的取值范围为0.09
‑
0.1，z的取值范围为0.82
‑
0.84，
□
表示未被阳离子占据的空位。
[0007]本专利技术另一目的在于提供一种上述所述的富含Mg和阳离子空位的氧化物材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1、将草酸加入去离子水中，搅拌溶解得到溶液A，将硝酸钠、六水硝酸镁和四水乙酸锰按照化学通式Na
x
Mg
y
□1‑
y
‑
z
Mn
z
O2中元素的摩尔比，取料加入所述溶液A中，搅拌溶解得到溶液B；
[0009]S2、将所述溶液B干燥得到沉淀物，对所述沉淀物进行预烧结，得到预烧样；
[0010]S3、将所述预烧样研磨后进行煅烧，冷却后即得到富含Mg和阳离子空位的氧化物材料。
[0011]可选地，步骤S2中，所述干燥的条件包括干燥温度在110℃至130℃范围内、干燥时间在11h至13h范围内。
[0012]可选地，步骤S2中，所述预烧结的条件包括空气气氛、烧结温度在450℃至550℃范围内、烧结时间在1.5h至2.5h范围内、升温速率在4℃min
‑1至6℃min
‑1范围内。
[0013]可选地，步骤S3中，所述煅烧的条件包括：空气气氛、煅烧温度在750℃至850℃范
围内、煅烧时间在9h至11h范围内、升温速率在4℃min
‑1至6℃min
‑1范围内。
[0014]可选地，步骤S3中，所述冷却包括先以1℃min
‑1至2℃min
‑1的冷却速率冷却至500℃，后自然冷却至室温。
[0015]本专利技术第三目的在于提供一种如上述所述的富含Mg和阳离子空位的氧化物材料在钠离子电池正极上的应用。
[0016]可选地，所述富含Mg和阳离子空位的氧化物材料作为钠离子电池的正极材料的活性组分，乙炔黑作为导电剂，聚偏氟乙烯作为粘结剂，三者混合均匀后涂布在铝箔上，干燥后形成钠离子电池正极片。
[0017]可选地，所述富含Mg和阳离子空位的氧化物材料、所述乙炔黑、所述聚偏氟乙烯的质量比为70:20:10。
[0018]相对于现有技术，本专利技术提供的富含Mg和阳离子空位的氧化物材料及其制备方法与应用具有以下优势：
[0019](1)本专利技术采用液相共混
‑
烧结的方法，通过在水溶液中，加入草酸和对应的硝酸盐前驱体，结合烘干及烧结，制备富含Mg和阳离子空位的氧化物材料；部分空位的存在能在电池充放电过程中起到缓冲的作用，提高了钠离子电池电化学稳定性，解决钠离子电池电极材料在正极材料电压衰退、容量快速衰减的问题。
[0020](2)本专利技术制备方法简单、耗能低、产率高，具有市场化推广的潜力。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0022]图1为本专利技术实施例1所述Na
0.67
Mg
0.1
□
0.07
Mn
0.83
O2的XRD图；
[0023]图2为本专利技术实施例1所述NMV
‑
M10、实施例3所述NMV
‑
M5、实施例5所述NMV的SEM对比图；
[0024]图3为本专利技术实施例所述Na
0.67
Mg
0.1
□
0.07
Mn
0.83
O2的TEM图；
[0025]图4为本专利技术实施例所述Na
0.67
Mg
0.1
□
0.07
Mn
0.83
O2钠离子纽扣电池在0.1C的充放电曲线图；
[0026]图5为本专利技术实施例所述Na
0.67
Mg
0.1
□
0.07
Mn
0.83
O2钠离子纽扣电池的倍率性能图；
[0027]图6为本专利技术实施例所述Na
0.67
Mg
0.1
□
0.07
Mn
0.83
O2钠离子纽扣电池在1C电流密度下的循环性能图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。
[0029]应当说明的是，在本申请实施例的描述中，术语“一些具体实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本专利技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，
描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0030]本实施例所述的“在...范围内”包括两端的端值，如“在1至100范围内”，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富含Mg和阳离子空位的氧化物材料，其特征在于，所述富含Mg和阳离子空位的氧化物材料的化学通式为Na
x
Mg
y
□1‑
y
‑
z
Mn
z
O2，x的范围取值为0.66
‑
0.68，y的取值范围为0.09
‑
0.1，z的取值范围为0.82
‑
0.84，
□
表示未被阳离子占据的空位。2.根据权利要求1所述的富含Mg和阳离子空位的氧化物材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将草酸加入去离子水中，搅拌溶解得到溶液A，将硝酸钠、六水硝酸镁和四水乙酸锰按照化学通式Na
x
Mg
y
□1‑
y
‑
z
Mn
z
O2中元素的摩尔比，取料加入所述溶液A中，搅拌溶解得到溶液B；S2、将所述溶液B干燥得到沉淀物，对所述沉淀物进行预烧结，得到预烧样；S3、将所述预烧样研磨后进行煅烧，冷却后即得到富含Mg和阳离子空位的氧化物材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述干燥的条件包括干燥温度在110℃至130℃范围内、干燥时间在11h至13h范围内...

【专利技术属性】
技术研发人员：周亮，陈泳安，麦立强，蔡聪聪，李欣媛，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：