一种高循环性能的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高循环性能的钠离子电池正极材料及其制备方法，属于电极材料技术领域，分子式为Na2Fe

【技术实现步骤摘要】
一种高循环性能的钠离子电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电极材料
，具体涉及一种高循环性能的钠离子电池正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]钠离子电池是一种充电电池，充放电过程中主要依靠钠离子在正负极之间移动来工作，钠和锂属于同一主族元素，钠离子电池与锂离子电池的工作原理相似，充电时，钠离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，放电时则相反。钠离子电池使用的电极材料主要是钠盐，钠相较于锂而言储量丰富，价格低廉，对重量和能量密度要求不高时，钠离子电池是一种较为经济的替代品。
[0003]电池材料的选择是影响电池性能的首要因素，选择了循环性能较差的材料，制备电池的工艺再合理、完善，电池的循环性能也无法得到保证。在钠离子电池充放电过程中，钠离子脱嵌后正极材料的结构不稳定，容易坍塌形成非晶结构从而导致正极材料的循环性能下降，最终导致电池的使用寿命减少。因此，提出一种高循环性能的钠离子电池正极材料及其制备方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高循环性能的钠离子电池正极材料及其制备方法，以解决
技术介绍
中的问题。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种高循环性能的钠离子电池正极材料，其分子式如下所示：
[0007]Na2Fe
0.5
Mn1‑
x
Co
x
Ti
x
VPOF。
[0008]本专利技术还提出一种高循环性能的钠离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]步骤一：将Mn(CH3COO)2·
4H2O和质量分数为30％的硝酸溶液混合，加入质量分数为15％的过氧化氢溶液，加热至60℃后搅拌溶解；过氧化氢溶液有利于增加溶解度；然后加入Na2CO3、C6H5O7Fe
·
H2O和NaF继续搅拌1
‑
2h，得到原料液A；
[0010]步骤二：将C
16
H
36
O4Ti加入烧瓶中用有机溶剂溶解，然后向烧瓶中加入C4H6CoO4·
4(H2O)，在60℃的条件下搅拌1h，升温至180
‑
190℃反应35
‑
40h，过滤，将过滤物用甲醇洗涤2
‑
3次，湿法球磨24h后抽滤，将滤饼干燥，粉碎，得到CoTiO3粉末；将NH4H2PO4和NH4VO3用水搅拌溶解，混入CoTiO3粉末后得到原料液B；
[0011]步骤三：在20
‑
30℃的条件下，将原料液A和原料液B搅拌混合，超声分散30
‑
45min得到混合液，然后升温至45
‑
50℃的，向混合液中加入混合液质量0.5％的柠檬酸，不断搅拌至凝胶状，然后转移至模具中静置1
‑
2h，静置成型得到凝胶块；将凝胶块在110
‑
120℃的条件下真空干燥10
‑
12h得到蓬松多孔的前驱体；
[0012]步骤四：将前驱体转移至管式炉中，在氩气的保护下和300
‑
350℃的条件下预烧结
3h，然后在650
‑
750℃的条件下煅烧6
‑
7h，冷却后得到钠离子电池正极材料。
[0013]进一步地，Mn(CH3COO)2·
4H2O、Na2CO3、C6H5O7Fe
·
H2O、NaF、CoTiO3粉末、NH4H2PO4和NH4VO3用量的摩尔比为1
‑
x：0.5：0.5：1：x：1：1。
[0014]进一步地，0.1≤x≤0.3。
[0015]进一步地，步骤一中Mn(CH3COO)2·
4H2O、硝酸溶液和过氧化氢的用量比为1mol：5
‑
6L：200
‑
300mL。
[0016]进一步地，步骤二中C
16
H
36
O4Ti、有机溶剂和C4H6CoO4·
4(H2O)的用量比为35mL：250
‑
300mL：25g。
[0017]进一步地，有机溶剂为丙三醇与甲醇或乙醇按任意比混合制得。
[0018]进一步地，CoTiO3粉末的粒径为30
‑
50nm。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]本专利技术的钠离子电池正极材料以锰作为中心元素，有利于增加其能量密度；钛酸钴粉末为粒径为30
‑
50nm的纳米级材料，其晶体属于钙钛矿晶态结构，有利于增加钠离子电池正极材料的充放电比容量；采用凝胶法制备前驱体，柠檬酸作为碳源对材料进行包覆，前驱体在烧结过程中产生疏松多孔的结构，有助于Na
+
的快速传输，有利于缓冲充放电过程中的体积应变，有利于增加正极材料的稳定性；本专利技术中钠离子电池正极材料在充放电2500次后电池容量保持率为79％，库伦效率始终接近100％，具有优异的循环性能。
附图说明
[0021]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0022]图1是本专利技术实施例2的放电曲线图；
[0023]图2是本专利技术实施例2的长循环性能测试图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]实施例1
[0026]制备高循环性能的钠离子电池正极材料，包括如下步骤：
[0027]步骤一：将0.7mol Mn(CH3COO)2·
4H2O和3.5L质量分数为30％的硝酸溶液混合，加入140mL质量分数为15％的过氧化氢溶液，加热至60℃后搅拌溶解；过氧化氢溶液有利于增加溶解度；然后加入0.5mol Na2CO3、0.5mol C6H5O7Fe
·
H2O和1mol NaF继续搅拌1
‑
2h，得到原料液A；
[0028]步骤二：将350mL C
16
H
36
O4Ti加入烧瓶中用2.5
‑
3L有机溶剂溶解，有机溶剂为丙三醇与甲醇按照1:1的质量比混合制成，然后向烧瓶中加入250gC4H6CoO4·
4(H2O)，在60℃的条件下搅拌1h，升温至180℃反应35h，过滤，将过滤物用甲醇洗涤2次，湿法球磨24h后抽滤，将滤饼干燥，粉碎，得到粒径为40
±
10nm的CoTiO3粉末；将1mol NH4H2PO4和1mol NH4VO3用水搅拌溶解，混入0.3mol的CoTiO3粉末后得到原料液B；
[0029]步骤三：在20℃的条件下，将原料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高循环性能的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将Mn(CH3COO)2·
4H2O和硝酸溶液混合，加入过氧化氢溶液后加热至60℃并搅拌，然后加入Na2CO3、C6H5O7Fe
·
H2O和NaF继续搅拌1
‑
2h，得到原料液A；步骤二：将NH4H2PO4和NH4VO3用水搅拌溶解，混入CoTiO3粉末后得到原料液B；步骤三：在20
‑
30℃的条件下，将原料液A和原料液B搅拌混合，超声分散30
‑
45min得到混合液，升温至45
‑
50℃的，向混合液中加入柠檬酸并搅拌至凝胶状，静置成型得到凝胶块；将凝胶块真空干燥得到前驱体；步骤四：将前驱体在氩气的保护下和300
‑
350℃的条件下预烧结3h，然后在650
‑
750℃的条件下煅烧6
‑
7h，冷却后得到钠离子电池正极材料。2.根据权利要求1所述的一种高循环性能的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，CoTi O3粉末通过如下步骤制备：将C
16
H
36
O4Ti加入烧瓶中用有机溶剂溶解，然后向烧瓶中加入C4H6CoO4·
4(H2O)，在60℃的条件下搅拌1h，升温至180
‑
190℃反应35
‑
40h，过滤，将过滤物用甲醇洗涤2
‑
3次，湿法球磨24h后抽滤，将滤饼干燥，粉碎，得到CoTiO3粉末。3.根据权利要求2所述的一种高循环性能的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，有机溶剂为丙三醇与甲醇或乙醇按任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹伟民，康书文，张维民，邹嘉逸，吉跃华，
申请(专利权)人：江苏传艺钠电新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：