本发明专利技术公开了一种双相比例可调控的高熵正极材料钠离子电池的制备方法，步骤包括S1：将钠源、铁源、钴源、镍源、锰源和钛源按照钠离子电池正极材料的元素组成混合，将钛部分等摩尔替换为铜，充分球磨后得到混合粉末样品；S2：按照调控后的正极材料的元素组成进行混合；S3：将原料混合物样品压片后高温烧结，冷却至室温；S4：将正极材料与导电添加剂、聚偏二氟乙烯混合，加入N
【技术实现步骤摘要】
一种双相比例可调控的高熵正极材料钠离子电池的制备方法
[0001]本专利技术涉及一种钠离子电池的制备方法，具体涉及一种双相比例可调控的高熵正极材料钠离子电池的制备方法，属于电池制备领域。
技术介绍
[0002]近年来，人们对钠离子电池(SIB)的各种应用，特别是大规模储能的兴趣越来越大。这种发展是由于全球能源和社会对材料可持续性的需求呈指数级增长。与广泛使用的锂离子电池(LIB)相比，钠离子电池由于成本较低且利用了丰富的资源钠，是一种可行的替代方案。阳极的研究主要集中在具有各种结构的层状氧化物NaxTMO2(TM＝过渡金属)上，这些氧化物具有高理论比容量、高工作电位和良好的Na+输运性能。开发高容量、高电位的正极材料对于其实际应用是至关重要的。在过去近十年中，提出了氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物等各种正极材料。其中，层状氧化物材料因其具有优异的电化学性能而得到了广泛研究。由于钠离子不同的垛堆方式，钠基层状材料通常可以分类为P型和O型。其中，P型是指钠离子占据三棱柱位置；O型是指钠离子占据八面体位置。
[0003]高熵氧化物通常由5种或5种以上元素按等原子比或接近等原子比组成。各元素通过共享相同的原子位点形成一种联合晶格，且在晶体中呈无序排布。这种无序分布以及不同金属离子间的相互作用使其具有很大的混合熵，从而有效抑制金属间化合物或复杂相的形成，因此趋向于生成单相固溶体结构。基于与高熵合金类似的热力学上的高熵效应、动力学上的迟滞扩散效应、结构的晶格畸变效应及性能上的“鸡尾酒”效应等，高熵氧化物展现出远优于传统氧化物的一些特性，例如极高的结构稳定性、异常的介电常数、超高的锂离子和钠离子电导率等。这些特性激发了储能研究者们对高熵氧化物的研究兴趣，尤其是双相结构的高熵氧化物。
[0004]但是，现有技术中，制备的双相结构材料的相比例单一不可调控且含有Li
+
、Sb
5+
等金属元素，价格昂贵，且有些元素具有毒性，阻碍了其大规模的生产。
技术实现思路
[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术目的是提供一种双相比例可调控的高熵正极材料钠离子电池的制备方法，以解决现有的双相结构电极材料的相比例单一无法调控，且价格贵，对环境有害等问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种双相比例可调控的高熵正极材料钠离子电池的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1：将钠源、铁源、钴源、镍源、锰源和钛源按照钠离子电池正极材料的元素组成混合，再根据原子比例调控需求将钛部分等摩尔替换为铜，其中铜和钛的摩尔比为0
‑
10，不包括0和10的点值，充分球磨后得到混合粉末样品，粒径为10
‑
200nm，钠离子电池正极材料的元素组成为Na
0.65
‑
0.75
(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cu
x
Mn
y
Ti
0.44
‑
x
‑
y
)O2，其中0.15≤y≤0.3，0＜x≤0.15；
[0009]S2：按照调控后的正极材料的元素组成进行原料混合，得到原料混合物；
[0010]S3：将所述原料混合物样品在10～25MPa条件下压片后再经过氛围为空气或者氧气，温度为600
‑
1200℃、时间为10
‑
24h的高温烧结，其中从室温升温至烧结温度的升温速率为3
‑
10℃/min，接着冷却至室温，得到P2相和O3相的比例调控后的钠离子电池正极材料；
[0011]S4：将正极材料与导电添加剂、聚偏二氟乙烯按照质量比7:2:1混合，并加入适量N
‑
甲基吡咯烷酮溶剂，经过混浆、涂片、干燥等工艺流程制备得到正极片，活性物质负载量为2
‑
3.5mg cm
‑2；
[0012]S5：将制备的正极片与金属钠片负极组装成钠离子电池，电解液由1mol/LNaPFO6、体积比为1:1的碳酸丙烯酯/碳酸甲乙酯的混合溶剂，以及添加量为4％的氟代碳酸乙烯酯组成，隔膜采用多孔的玻璃碳纤维膜，在水氧值低于0.1ppm且充满氩气的手套箱中组装扣式电池。
[0013]优选的，步骤S2中原料混合的方法包括球磨混合、共沉淀混合、溶胶凝胶法混合中的任意1种或至少2种的组合。
[0014]优选的，钠源包括碳酸钠、柠檬酸钠、醋酸钠、硝酸钠中的任意1种或至少2种的组合。
[0015]优选的，铁源包括三氧化二铁、四氧化三铁、硝酸铁、醋酸铁中的任意1种或至少2种的组合。
[0016]优选的，钴源包括三氧化二钴、四氧化三钴、柠檬酸钴、硝酸钴中的任意1种或至少2种的组合。
[0017]优选的，镍源包括氧化镍、氢氧化镍、醋酸镍、硝酸镍中的任意1种或至少2种的组合。
[0018]优选的，铜源包括氧化铜、柠檬酸铜、醋酸铜、硝酸铜中的任意1种或至少2种的组合。
[0019]优选的，锰源包括三氧化二锰、氧化锰、醋酸锰、硝酸锰、氢氧化锰中的任意1种或至少2种的组合。
[0020]优选的，钛源为二氧化钛。
[0021]本专利技术的有益效果为：仅通过元素的调控既可以实现对所述钠离子电池正极材料P2/O3相的比例的调整，并结合多种元素在材料中的优势，在一定程度上提高了该高熵正极材料的比容量，并且比容量高，容易实现大规模生产。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1所得钠电正极材料Na
0.70
(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cu
0.03
Mn
0.2
Ti
0.21
)O2高熵氧化物的XRD图；
[0023]图2为本专利技术实施例1所得钠电正极材料Na
0.70
(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cu
0.03
Mn
0.2
Ti
0.21
)O2高熵氧化物的SEM图；
[0024]图3为本专利技术实施例1所得钠电正极材料Na
0.70
(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cu
0.03
Mn
0.2
Ti
0.21
)O2高熵氧化物组装的钠离子电池的充放电倍率性能曲线图；
[0025]图4、图5为本专利技术实施例1所得钠电正极材料Na
0.70
(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cu
0.03
Mn
0.2
Ti
0.2本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双相比例可调控的高熵正极材料钠离子电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将钠源、铁源、钴源、镍源、锰源和钛源按照钠离子电池正极材料的元素组成混合，再根据原子比例调控需求将钛部分等摩尔替换为铜，其中铜和钛的摩尔比为0
‑
10，不包括0和10的点值，充分球磨后得到混合粉末样品，粒径为10
‑
200nm，钠离子电池正极材料的元素组成为Na
0.65
‑
0.75
(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cu
x
Mn
y
Ti
0.44
‑
x
‑
y
)O2，其中0.15≤y≤0.3，0＜x≤0.15；S2：按照调控后的正极材料的元素组成进行原料混合，得到原料混合物；S3：将所述原料混合物样品在10～25MPa条件下压片后再经过氛围为空气或者氧气，温度为600
‑
1200℃、时间为10
‑
24h的高温烧结，其中从室温升温至烧结温度的升温速率为3
‑
10℃/min，接着冷却至室温，得到P2相和O3相的比例调控后的钠离子电池正极材料；S4：将正极材料与导电添加剂、聚偏二氟乙烯按照质量比7:2:1混合，并加入适量N
‑
甲基吡咯烷酮溶剂，经过混浆、涂片、干燥等工艺流程制备得到正极片，活性物质负载量为2
‑
3.5mg cm
‑2；S5：将制备的正极片与金属钠片负极组装成...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖彬，谢泽林，查炬星，郑都禹，隋艳伟，委福祥，戚继球，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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