一种Na2MoO4及氮硫掺杂碳共包覆层状氧化物正极材料的制备方法技术

一种Na2MoO4及氮硫掺杂碳共包覆层状氧化物正极材料的制备方法，属于钠离子电池技术领域。具体步骤是：将铁源、铜源、锰源和镍源混合均匀后制成物料A；与钠源球磨后，在真空干燥箱干燥制成前驱体B；对前驱体B进行加热，然后冷却至室温，将粉体球磨后过筛，与碳源、钼酸铵、无机物及有机溶剂混合，进行超声搅拌；旋蒸脱除有机溶剂后，得到混合物；将混合物在混合气氛下进行加热，冷却至室温后，用盐酸离心洗涤，干燥后得到目标产物。该电极材料颗粒粒径均一、结晶度高，具有高可逆容量以及出色循环稳定性能，制备工艺简单并且相对成熟，具有一定的工业可行性。的工业可行性。的工业可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种Na2MoO4及氮硫掺杂碳共包覆层状氧化物正极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，具体涉及一种Na2MoO4及氮硫掺杂碳共包覆层状氧化物正极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着不可再生能源的不断消耗和环境污染问题的加剧，清洁可再生能源受到了广泛关注。可充电二次电池作为一种高效清洁的能源载体，可以有效缓解当前的能源和环境问题。锂离子电池(LIBs)由索尼公司于1991年开发并商业化。LIBs具有能量密度高、使用寿命长、自放电率低、维护成本低、安全性好等优点，被广泛应用于便携式电子产品中。尽管锂离子电池技术已经成熟，但锂离子电池在安全性、寿命、低温性能差和成本高等方面仍存在问题。此外，随着电动汽车和便携式电子设备的广泛使用，对锂的需求不断增加，加上锂矿储量有限，进一步推高了锂离子电池的价格。因此，寻找成本更低的电池越来越受到关注。由于钠元素在自然界中的储量丰富，人们对其进行了大量研究。然而，由于与锂系统相比工作电压相对较低，钠离子电池的能量密度和循环稳定性仍远不能满足电动汽车和储能系统的需要。SIBs满足日益增长的电子产品要求的一个关键问题是寻找具有高能量密度和优异循环性能的正极材料。过渡金属氧化物材料具有合成简单、组成可调、功率密度高等优点。层状氧化物结构通式为Na
x
MO2(M主要为过渡金属元素中的一种或者多种)，由边共享的MO6八面体过渡金属层的重复片状组成，钠离子位于过渡金属层之间。根据钠配位环境与氧堆积序列的不同，将层状氧化物主要被分为P2、O2、O3和P3等。由于Na和Mn元素的成本效益，Na
x
MnO2是一种备受瞩目的锰基钠离子电池正极材料。P2型锰基层状氧化物由于具有理论比容量高、工作电压适宜、原材料丰富等优点，被认为是最具应用前景的钠离子电池正极材料之一。然而，此类化物具有明显的缺点：(1)Mn
3+
/Mn
4+
氧化还原电对的工作电压较低，导致材料的能量密度偏低，且Mn
3+
在低电位工作时容易引发Jahn
‑
Teller畸变，造成容量不可逆衰减；(2)材料在氧化还原反应过程中结构演变复杂，高电位工作时易发生不可逆相变，导致其循环和倍率性能较差；(3)高电位工作容易引起严重的材料/电解液副反应，造成电极材料溶解和电解液的持续消耗；(4)材料在空气中存储时表面易形成Na2CO3或NaHCO3类化合物，损害其容量、循环和倍率性能，并增加存储运输成本。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种Na2MoO4及氮硫掺杂碳共包覆层状氧化物正极材料的制备方法，该合成方法工艺简单，可控性好，其原料廉价且来源广泛，所得到的材料颗粒粒径均一、结晶度高，改善了材料电子和离子电导率，获得了高可逆容量以及出色循环稳定性能，从而在降低材料制备成本的同时，提高材料的电化学性能。
[0004]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：
[0005]一种Na2MoO4及氮硫掺杂碳共包覆层状氧化物正极材料的制备方法，包括以下步
骤：
[0006](1)将铁源、铜源、锰源和镍源按摩尔比为3：2：13：2制成粉末，混合均匀后制成物料A；
[0007](2)将物料A与钠源在400rmp下球磨，得到充分混匀的浆料，在真空干燥箱60
‑
80℃干燥10
‑
12h制成前驱体B；
[0008](3)对前驱体B进行加热，然后冷却至室温，将粉体400
‑
500rmp球磨10
‑
12h后，过筛280目，得到NaFCMN层状氧化物正极材料；
[0009](4)将制得的NaFCMN材料、碳源、钼酸铵按质量比为20：200：1的比例与无机物及有机溶剂混合，进行超声搅拌，脱除有机溶剂，得到混合物；
[0010](5)将上述步骤(4)中的混合物在混合气氛下进行加热，冷却至室温，用1
‑
1.5mol/L盐酸离心洗涤，干燥后得到Na2MoO4及氮硫掺杂碳共包覆的层状氧化物正极材料，记为Na
0.67
Fe
0.15
Cu
0.1
Mn
0.65
Ni
0.1
O2@Na2MoO4‑
N,S
‑
C。
[0011]所述步骤(1)中的铁源为Fe2O3和Fe3O4的混合物，Fe2O3和Fe3O4摩尔比为(2
‑
3)：1。
[0012]所述步骤(1)中的铜源为CuO和Cu(OH)2的混合物，CuO和Cu(OH)2摩尔比为(2.5
‑
3)：1。
[0013]所述步骤(1)中的锰源为Mn2O3和Mn(OH)2的混合物，Mn2O3和Mn(OH)2摩尔比为(1
‑
2)：1。
[0014]所述步骤(1)中的镍源为NiO和Ni(OH)2的混合物，NiO和Ni(OH)2摩尔比为(2
‑
3)：1。
[0015]所述步骤(2)中的钠源为Na2CO3、Na2C2O4和NaOH的混合物，Na2CO3、Na2C2O4和NaOH的摩尔比为(9
‑
10)：0.6：0.4；所述的前驱体B中钠源加入量与铁源、铜源、锰源和镍源加入总量金属元素摩尔比为1：1。
[0016]所述步骤(3)中所述加热具体为，在空气气氛中以5
‑
8℃/min升温速度升温至500
‑
550℃，保温4
‑
5h，再升温至850
‑
900℃，保温11
‑
12h。
[0017]所述步骤(4)中的碳源为石油沥青、高温煤沥青、三聚氰胺和硫脲的混合物，石油沥青、高温煤沥青、三聚氰胺和硫脲的质量比为3：(2
‑
3)：3：2。
[0018]所述步骤(4)中的无机物为NaCl和纳米MgO的混合物，NaCl和纳米MgO的质量比为5：1，且与(4)中NaFCMN材料、碳源和钼酸铵总量的质量比为(18
‑
20)：1。
[0019]所述步骤(4)中的有机溶剂为甲苯、异丙醇和无水乙醇的混合物，且体积比为7：1：2，且与(4)中无机物的比例(mL：g)为1：1。
[0020]所述步骤(4)中超声搅拌具体为，超声分散1
‑
1.5h后再强磁力搅拌10
‑
12h。
[0021]所述步骤(5)中的混合气氛为NH3和N2的混合气体，NH3和N2的体积比为5：95。
[0022]所述步骤(5)中的加热为升温至350
‑
400℃，保温4
‑
4.5h。
[0023]所述步骤(5)中干燥为真空干燥，干燥时间为10
‑
12h。
[0024]一种钠离子电池层状氧化物正极材料，其具体为Na本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Na2MoO4及氮硫掺杂碳共包覆层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将铁源、铜源、锰源和镍源按摩尔比为3：2：13：2制成粉末，混合均匀后制成物料A；所述铁源为Fe2O3和Fe3O4的混合物；所述铜源为CuO和Cu(OH)2的混合物；所述锰源为Mn2O3和Mn(OH)2的混合物；所述镍源为NiO和Ni(OH)2的混合物；(2)将物料A与钠源在球磨中研磨得到充分混匀的浆料，在真空干燥箱干燥制成前驱体B；所述钠源为Na2CO3、Na2C2O4和NaOH的混合物；所述的前驱体B中，钠源加入量与铁源、铜源、锰源和镍源加入总量的金属元素摩尔比为1：1；(3)对前驱体B进行加热，然后冷却至室温，将粉体在球磨中研磨后，过筛280目，得到NaFCMN层状氧化物正极材料；(4)将制得的NaFCMN材料、碳源、钼酸铵按质量比为20：200：1的比例与无机物及有机溶剂混合，进行超声搅拌，脱除有机溶剂，得到混合物；(5)将上述步骤(4)中的混合物在混合气氛下进行加热，冷却至室温，用盐酸离心洗涤，干燥后得到Na2MoO4及氮硫掺杂碳共包覆的层状氧化物正极材料。2.如权利要求1所述的一种Na2MoO4及氮硫掺杂碳共包覆层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)
‑
(2)中，Fe2O3和Fe3O4摩尔比为(2
‑
3)：1；CuO和Cu(OH)2摩尔比为(2.5
‑
3)：1；Mn2O3和Mn(OH)2摩尔比为(1
‑
2)：1；NiO和Ni(OH)2摩尔比为(2
‑
3)：1；Na2CO3、Na2C2O4和NaOH的混合物的摩尔比为(9
‑
10)：0.6：0.4。3.如权利要求1所述的一种Na2MoO4及氮硫掺杂碳共包覆层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中对前驱体B进行加热，具体为，在空气气氛中以5
‑
8℃/min升温速度升温至500
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550℃，保温4
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5h，再升温至850
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900℃，保温11
‑
12h。4.如权利要求1所述的一种Na2MoO4及氮硫掺杂碳共包覆层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘朝志，魏婷婷，刘明哲，成智贤，李莹，伊廷锋，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：