一种制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种Sc掺杂NASICON型钠离子电池正极材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池的正极材料领域，具体涉及一种
Sc
掺杂
NASICON
型钠离子电池正极材料的制备方法及应用
。

技术介绍

[0002]人类社会的不断发展进步与能源的利用种类和方式密切相关
。
如今，在当代复杂科技和快速经济发展的背景下，一些不可再生的化石矿物能源如石油
、
煤炭
、
天然气等一直是人类所依赖的主要能源，但这些能源往往需要进行燃烧才能发挥其应有的作用，这将会造成环境恶化问题，再加上过度消耗使得能源日益短缺，严重威胁到人类的长期生存和发展
。
因此，人类社会要实现可持续发展就必须要解决环境与能源这两大重要问题
。
近年来，随着可再生清洁能源如风能
、
太阳能
、
核能
、
地热能等的逐渐兴起，受到了人们的大力的支持，然而这类可再生能源往往存在间断性和地域性的特点，因此，想要高效利用并存储这类能源，需要同时发展规模储能技术，如超级电容器储能，超导储能技术以及电化学储能技术等
。
其中，电化学储能技术中的二次电池最为便捷
、
高效，前景更为广阔，已经受到人们越来越多的关注和重视，近年来成为发展和研究的主要方向
。
[0003]锂离子电池作为目前应用最广泛
、
工艺最成熟的二次电池，成功地从便携式的电子产品扩展到大型设备应用，如手机
、
电脑
、
电动汽车以及行星探测器的航空航天等多领域
。
然而，锂离子电池在安全性
、
使用寿命
、
低温性能和成本等方面依然存在问题
。
最近，钠离子电池作为锂离子电池的候选产品引起了极大的关注
。
这不仅因为钠离子电池和锂离子电池之间可以类比的操作原理，而且钠资源的更加丰富
。
[0004]钠离子电池正极被认为是电池中最重要的成分之一
。
人们已经大量尝试寻找合适的正极材料，如普鲁士蓝类似物
、
层状氧化物和聚阴离子化合物
。
然而，在钠离子电池正极材料中，钠离子半径和原子质量较大
、
离子脱嵌过程中不可逆性更显著，导致扩散缓慢，充放电过程中体积变化大，比容量低，从而表现出较低的电化学性能而受到一定的限制
。
因此，寻求性能优异的正极材料，并使之更快走向商业化应用，成为目前钠离子电池正极材料领域研究的重点
。

技术实现思路

[0005]本专利技术是要解决现有钠离子电池正极材料容量较低
、
循环稳定性较差及倍率性能差等技术问题，而提供一种
Sc
掺杂
NASICON
型钠离子电池正极材料的制备方法及应用
。
[0006]本专利技术提供的一种
Sc
掺杂
NASICON
型钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)
将络合剂与可溶性盐溶解于去离子水中，得到混合水溶液；
[0008](2)
将有机钛源溶解于无水乙醇中，得到混合醇溶液；
[0009](3)
将混合醇溶液滴入混合水溶液中反应，得到混合液；
[0010](4)
将混合液烘干得到干凝胶，将干凝胶烧结
、
研磨
、
过筛后，得到
Sc
掺杂
NASICON
型钠离子电池正极材料
。
[0011]优选地，步骤
(1)
中所述络合剂为柠檬酸，所述可溶性盐包括钠盐
、
锰盐
、
钪盐和磷酸盐
。
[0012]优选地，所述钠盐为氢氧化钠
、
乙酸钠或碳酸钠中的至少一种，所述锰盐为乙酸锰，所述钪盐为硝酸钪，所述磷酸盐为磷酸二氢铵
。
[0013]优选地，步骤
(1)
中所述络合剂与钠盐
、
锰盐
、
钪盐和磷酸盐的摩尔比为
3:3.15:(0.8
‑
1):(0
‑
0.2):3。
[0014]优选地，步骤
(2)
中所述有机钛源为钛酸正丁酯或钛酸异丙酯中的至少一种，所述有机钛源与磷酸盐的摩尔比为
1:3。
[0015]优选地，步骤
(3)
中所述滴入速率为0‑1滴
/s
，反应温度为
80℃
，反应时间为
2h。
[0016]优选地，步骤
(4)
中所述烧结温度为
650℃
，烧结时间为
12
小时，烧结升温速率为
3℃/min。
[0017]本专利技术还提供了一种
Sc
掺杂
NASICON
型钠离子电池正极材料的制备方法制备得到的钠离子电池正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，将制备的钠离子电池正极材料与导电剂
、
粘结剂混合，经过和膏
、
涂布
、
干燥
、
裁片制成正极，并与金属钠负极
、
隔膜与电解液组装成扣式钠离子半电池
。
[0018]本专利技术还提供了一种
Sc
掺杂
NASICON
型钠离子电池正极材料的制备方法制备得到的钠离子电池正极材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，将制备的正极材料与导电剂
、
粘结剂混合，经过和膏
、
涂布
、
干燥
、
裁片制成正极，并与预钠化的硬碳负极
、
隔膜与电解液组装成扣式钠离子全电池
[0019]有益效果：
[0020]与现有钠离子电池正极材料相比，本专利技术制备的钠离子电池正极材料组装成电池后倍率性能具有明显改善；
[0021]本专利技术制备的正极材料所组装的钠离子半电池具有优异的倍率性能，在
0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、3C、5C
倍率下放电比容量分别为：
106.41、102.93、100.27、94.58、84.91、68.64、61.15mAh g
‑1；
[0022]以本专利技术制备的正极材料所组装的钠离子全电池在较低电流密度下具有优异的倍率性能，在
0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C
倍率下放电比容量分别为：
104.58、97.15、94.38、73.84、57.09mAh g
‑1。
附图说明
[0023]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
Sc
掺杂
NASICON
型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1) 将络合剂与可溶性盐溶解于去离子水中，得到混合水溶液；
(2) 将有机钛源溶解于无水乙醇中，得到混合醇溶液；
(3) 将混合醇溶液滴入混合水溶液中反应，得到混合液；
(4) 将混合液烘干得到干凝胶，将干凝胶烧结
、
研磨
、
过筛后，得到
Sc
掺杂
NASICON
型钠离子电池正极材料
。2.
根据权利要求1所述的一种
Sc
掺杂
NASICON
型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中所述络合剂为柠檬酸，所述可溶性盐包括钠盐
、
锰盐
、
钪盐和磷酸盐
。3.
根据权利要求2所述的一种
Sc
掺杂
NASICON
型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述钠盐为氢氧化钠
、
乙酸钠或碳酸钠中的至少一种，所述锰盐为乙酸锰，所述钪盐为硝酸钪，所述磷酸盐为磷酸二氢铵
。4.
根据权利要求2或3所述的一种
Sc
掺杂
NASICON
型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中所述络合剂与钠盐
、
锰盐
、
钪盐和磷酸盐的摩尔比为
3:3.15:(0.8
‑
1):(0
‑
0.2):3。5.
根据权利要求2所述的一种
Sc
掺杂
NASICON
型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤
(2)

【专利技术属性】
技术研发人员：赵力，李星海，陈康义，岳鹏，陈猛，周玉林，宋柏，单辉，任永锋，秦东年，
申请(专利权)人：东营昆宇电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：