【技术实现步骤摘要】
多元素协同的钠铜镍铁锰钛基层状氧化物材料、制备方法和用途
[0001]本专利技术涉及材料
,尤其涉及一种多元素协同的钠铜镍铁锰钛基层状氧化物材料、制备方法和用途。
技术介绍
[0002]随着社会的发展与进步,人类对能源的需求量越来越大,但煤、石油、天然气等传统化石能源由于资源日渐枯竭,再加上其造成的城市环境污染和温室效应问题日益严峻,其应用逐渐受到多方面限制,因此可持续清洁能源的开发一直是各国关注的方向。但是将风能、太阳能和潮汐能等转换成电能的过程中,这些可再生能源受自然条件的限制较大,并具有明显的时间不连续性、空间分布不均匀性等特点,这导致它们提供的电力可控性和稳定性较差,不能直接输入电网使用。因此,只有配套高性能的大规模储能系统,以此解决发电与用电的时差矛盾、调节电能品质,才能确保电力系统可靠供电。当前我国能源的可持续发展对大规模储能技术需求较为迫切,同时这也是世界各国的研究热点。
[0003]目前已有的储能方式分为物理储能和化学储能。物理储能中抽水蓄能是目前使用最多,储能量最大的,但是抽水蓄能受到地理位置的限制,且建设工期较长,其它物理储能如压缩空气储能、飞轮储能等都还未成规模。电化学储能是指通过发生可逆的化学反应来储存或释放电量,它以其高能量转换效率和功率密度、循环寿命长、建设周期短、维护成本低等优势受到人们的普遍关注。
[0004]现今阶段,电化学储能主要包括高温钠硫电池、液流电池、铅酸电池和锂离子电池等这几大类。钠硫电池Na
‑
S电池的工作温度为300℃,金属钠和单
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多元素协同的钠铜镍铁锰钛基层状氧化物材料,其特征在于,所述层状氧化物材料的化学通式为:Na
a
[Cu
b
Ni
c
Fe
d
Mn
e
Ti
f
]O
2+β
;通式中a,b,c,d,e,f,β分别为对应元素所占的摩尔百分比;它们之间的关系满足b+c+d+e+f=1,且a+2b+2c+3d+4e+4f=2
×
(2+β);其中0.67≤a≤1;0<b≤0.26;0<c≤0.24;0<d≤0.2;0.25<e≤0.5;0<f≤0.19;
‑
0.02≤β≤0.02;所述层状氧化物材料的空间群为P63/mmc或P63/mcm或对应结构为P2相或O3相;所述层状氧化物材料用于钠离子二次电池的正极活性材料,其中多种过渡金属离子协同作用,镍离子的变价用以提供主要容量;铜离子的存在用以提升材料的空气稳定性,提供一部分容量,抑制充放电过程中的相变;铁离子用以提供一部分容量,同时起到抑制充放电过程中相变的作用;锰离子和钛离子在充放电过程中不变价,起到结构骨架的作用,并且钛离子的存在用以钠层中钠离子与空位的有序排布,平滑充放电曲线,提升了材料的循环稳定性;所述层状氧化物材料中的多种过渡金属无序排布,导致电荷无序分布,三种变价金属的轨道有重合,在充放电过程中,过渡金属的变价是连续的,起到平滑曲线、抑制相变、提高材料循环稳定性的作用。2.一种如上述权利要求1所述的层状氧化物材料的制备方法,其特征在于,所述方法为固相法,包括:将所需钠的化学计量100wt%~108wt%的碳酸钠和所需化学计量的氧化铁和/或四氧化三铁、氧化镍、氧化铜、二氧化锰、二氧化钛按比例混合成前驱体;采用球磨的方法将所述前驱体均匀混合得到前驱体粉末;将所述前驱体粉末置于管式炉内,在600℃~1000℃的氧气气氛中热处理2~24小时;将热处理后的前驱体粉末进行研磨,得到所述层状氧化物材料。3.一种如上述权利要求1所述的层状氧化物材料的制备方法,其特征在于,所述方法为喷雾干燥法,包括:将所需钠的化学计量100wt%~108wt%的碳酸钠和所需化学计量的氧化铁和/或四氧化三铁、氧化镍、氧化铜、二氧化锰、二氧化钛按比例混合成前驱体;将所述前驱体加乙醇或水...
【专利技术属性】
技术研发人员:胡勇胜,胡紫霖,牛耀申,容晓晖,陈立泉,
申请(专利权)人:中国科学院物理研究所,
类型:发明
国别省市:
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