一种高熵氧化物钠离子电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锰基层状过渡金属高熵氧化物正极材料及其制备工艺，该材料可用于钠离子电池正极。其通式为Na

【技术实现步骤摘要】
一种高熵氧化物钠离子电池正极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及高熵氧化物粉体材料
，尤其涉及高熵氧化物粉体材料，具体为层状结构Na
0.67
A
0.1
B
0.1
C
0.1
D
0.1
E
0.1
Mn
0.5
O2锰基过渡金属高熵氧化物。

技术介绍

[0002]资源丰富、低成本的钠离子电池做为锂离子电池的补充与替代，在大规模储能领域具有广阔的应用前景。在各种钠离子电池正极材料的体系中，层状过渡金属氧化物正极(Na
x
TMO2，x≤1,TM＝Fe，Mn，Ni，Co，Cr，Ti，V，Cu等及其组合)由于结构简单、合成方便以及能量密度高，具有较高的商业化前景。
[0003]高熵氧化物，又称熵稳定氧化物，由五种或五种以上的氧化物以等摩尔或近等摩尔构成，其熵大于等于1.5R，随着研究的深入,高熵的概念已经扩展到聚合物、复合材料和陶瓷等领域，混合的高熵增强了高温下简单溶液的形成。能够调整部件、成分和加工技术的数量，使得材料具有广泛的性能和微观结构，具有针对性地应用于涡轮叶片、热喷涂涂层、刀具硬质合金等。最近几年，高熵稳定氧化物(NaHEOs) 概念开始应用于钠离子电池正极材料，具有元素组成多样性、结构高稳定性的特点。针对锰基层状正极材料高电压不可逆相变、循环稳定性差等科学问题，高熵氧化物可以调控活性元素组成，利用共取代协同提高锰基材料的氧化还原电位；选择合适的框架稳定元素提高高电压相变稳定性。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]基于层状高熵Na
x
MnO2多元素组成及过渡金属随机分布的结构特点，摆脱对单一过渡金属的依赖性；确定活性和非活性元素比例关系对高压下材料局部结构变化的影响，提升高电压下充放电过程中结构变化的可逆性，调控电极材料可转移离子数，从而改善NaHEOs钠离子电池正极材料的晶格结构，实现良好的电化学性能。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0008]层状高熵氧化物粉体材料，该高熵氧化物由碱金属层和过渡金属层组成，化学通式为Na
0.67
A
0.1
B
0.1
C
0.1
D
0.1
E
0.1
Mn
0.5
O2，其中A、B、C、 D、E为Li
+
，Ni
2+
，Mg
2+
，Zn
2+
，Co
2+
，Co
3+
，Cr
2+
，Cr
3+
，Al
3+
，Fe 2+
，Ti
4+
，Cu
2+
，Zr
4+
中的任意5种组合。
[0009]上述层状高熵氧化物粉体材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1，按照分子式Na
0.67
A
0.1
B
0.1
C
0.1
D
0.1
E
0.1
Mn
0.5
O2，按照分子式的化学计量比称取相应的金属源，将其混合均匀，混合方式包括但不限于溶胶凝胶、手动研磨、高能球磨，得到前驱体材料，其中A、B、C、 D、E是金属元素掺杂，包括但不限于Li
+
，Ni
2+
，Mg
2+
，Zn
2+
，Co
2+
， Co
3+
，Cr
2+
，Cr
3+
，Al
3+
，Fe
2+
，Ti
4+
，Cu
2+
，V
4+
，Zr
4+
，Nb
5+
中的任意 5种组合；
[0011]S2，将上述前驱体进行干燥处理；
[0012]S3，将上述前驱体置于马弗炉中，在一定温度下发生反应，进行一次或多次煅烧，
得到一种具有层状结构的高熵氧化物粉体材料。
[0013]3.进一步的，S1中金属盐化学计量比为Na：A：B：C：D：E： Mn＝0.67：0.1：0.1：0.1：0.1：0.1：0.5。
[0014]4.进一步的，前驱体所用金属源包括，但不限于水热法、溶剂热法、溶胶凝胶法、沉淀法等制备的金属化合物，如有机金属盐、金属氧化物、金属氢氧化物和各种无机金属盐。
[0015]5.进一步的，先将前驱体材料在350～450℃下进行预烧结，之后在800～1200℃下进行二次烧结。
[0016]本专利技术通过改变金属阳离子的种类，制备化学通式为 Na
0.67
A
0.1
B
0.1
C
0.1
D
0.1
E
0.1
Mn
0.5
O2的锰基层状过渡金属高熵氧化物材料，从而实现对某些物理化学性能的控制，满足日益增长的清洁能源需求。同时本专利技术采用反应过程简单的溶胶凝胶合成法和固相合成法制备高熵氧化物粉体材料，采取液液、固固和固液接触反应，充分混合，保证最终产物组成和纳米尺度结构的一致，且所制备的高熵氧化物粉体材料比例可控。
附图说明
[0017]图1为实施例1Na
0.67
Li
0.1
Ni
0.1
Co
0.1
Mg
0.1
Ti
0.1
Mn
0.5
O2高熵氧化物粉体XRD图谱；
[0018]图2为实施例2Na
0.67
Li
0.1
Ni
0.1
Fe
0.1
Mg
0.1
Ti
0.1
Mn
0.5
O2高熵氧化物粉体XRD图谱；
[0019]图3为实施例3Na
0.67
Li
0.1
Ni
0.1
Fe
0.1
Cu
0.1
Ti
0.1
Mn
0.5
O2高熵氧化物粉体XRD图谱；
[0020]图4为实施例1Na
0.67
Li
0.1
Ni
0.1
Co
0.1
M g
0.1
Ti
0.1
Mn
0.5
O2高熵氧化物粉体在100mA/g电流密度下循环性能曲线；
[0021]图5为实施例2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵氧化物粉体材料，其特征在于，该锰基层状高熵氧化物为P63/mmc空间点群，所属晶系为六方晶系，化学通式为Na
0.67
A
0.1
B
0.1
C
0.1
D
0.1
E
0.1
Mn
0.5
O2，其中A、B、C、D、E是金属元素掺杂，包括但不限于Li
+
，Ni
2+
，Mg
2+
，Zn
2+
，Co
2+
，Co
3+
，Cr
2+
，Cr
3+
，Al
3+
，Fe
2+
，Ti
4+
，Cu
2+
，V
4+
，Zr
4+
，Nb
5+
中的任意5种组合。2.如权利要求1所述的高熵氧化物粉体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，按照化学通式Na
0.67
A
0.1
B
0.1
C
0.1
D
0.1
E
0.1
Mn
0.5
O2，按照化学通式的化学计量比称取相应的金...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗志高，周裕金，李兰艳，林海生，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：