一种应用于钠离子电池的新型复合正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种应用于钠离子电池的新型复合正极材料及其制备方法，由磷酸钠

【技术实现步骤摘要】
一种应用于钠离子电池的新型复合正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体涉及一种应用于钠离子电池的新型复合正极材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]我国能源的生产和消耗是以煤炭为主，其他能源比如天然气
、
水电
、
核电及其他能源发电互补的结构
。
但不可再生能源的不断消耗以及人类对环境的日益关注迫切需要我国的能源结构得到优化，尤其要加快新能源对传统能源的替代
。
电化学储能相较其他储能技术，容量大，响应快
。
目前，应用最广泛的是锂离子电池，其应用领域包括计算机
、
通讯和消费电子产品
。
但随着近年来新能源汽车的生产和先进储能装置的建设，虽然锂离子电池具有更高的比容量和能量密度，但由于其中使用的原材料
(Li
，
Co
等
)
在全球的分布不均且储量逐渐减少，此外，资源回收技术尚未成熟，将导致高昂的成本
。
相比之下，作为同主族元素的钠，在充放电原理上与锂离子电池相似，但
Na
在我国的储量丰富，在保证安全和循环寿命的前提下，其成本具有明显优势，尤其适用于静态储能装置，提升稳定电力供给
。
[0003]目前钠离子电池的正极材料包括层状过渡金属氧化物，聚阴离子化合物包括磷酸盐
、
焦磷酸盐和氟磷酸盐，硫化物和其他正极材料包括普鲁士蓝
、
>有机物
、
隧道型过渡金属氧化物
。
其中，层状过渡金属氧化物具有更高的理论比容量，但是其循环稳定性也受到了严重挑战
。
而锰基正极材料无毒且成本更低，其中，
Na
0.7
MnO
2.05
这种材料在制备中常常会使用水热法
、
溶剂热法
、
溶胶凝胶法等耗时费力的方法，不仅制备流程复杂，其电化学性能也相对较差
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，为解决现有技术中制备工艺比较复杂，循环稳定性差的问题，本专利技术提供一种应用于钠离子电池的新型复合正极材料及其制备方法，该新型复合正极材料具有较好的循环稳定性和倍率性能
。
此外，正极材料的制备方法工艺简单
、
成本低廉，这将非常有利于先进储能装置的发展和新能源的开发
。
[0005]本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现
。
[0006]一种应用于钠离子电池的新型复合正极材料及其制备方法，按照下述步骤进行：
[0007]步骤1，将磷酸钠
、
二氧化锆
、
二氧化硅
、
碳酸钠
、
二氧化锰以及无水乙醇
(
作为分散溶剂
)
混合均匀并进行球磨，其中：
[0008]磷酸钠
、
二氧化锆
、
二氧化硅
、
碳酸钠和二氧化锰的质量之和与磨球的质量之比为
(1—1.1)
：8；以磷酸钠
、
二氧化锆
、
二氧化硅
、
碳酸钠和二氧化锰的质量之和为
100wt
％，
NaMnO2质量百分数为
50—70wt
％，
Na3Zr2Si2PO
12
质量百分数为
30—50
％，据此计算磷酸钠
、
二氧化锆
、
二氧化硅
、
碳酸钠和二氧化锰的用量；
[0009]在步骤1中，磷酸钠
、
二氧化锆
、
二氧化硅
、
碳酸钠和二氧化锰的质量之和与磨球的质量之比为
(1.07—1.1)
：
8。
[0010]在步骤1中，采用二氧化锆材质的球和球磨罐进行球磨
。
[0011]在步骤1中，二氧化硅颗粒尺寸为
7—40nm
，二氧化锆颗粒尺寸为
50nm。
[0012]在步骤1中，球磨转速为
200
～
220r/min
，球磨时长
10
～
12h。
[0013]步骤2，将步骤1得到的前驱体分散液
(
即前驱体溶液
)
进行干燥；
[0014]在步骤2中，将步骤1得到的前驱体分散液
(
即前驱体溶液
)
倒入培养皿中鼓风干燥，鼓风干燥温度为
100
～
120℃
，时间为
10
～
12h。
[0015]步骤3，将步骤2干燥后的粉末研磨过筛以获得均一的颗粒；
[0016]在步骤3中，过筛目数为
100
目
。
[0017]步骤4，将步骤3得到的粉末进行烧结，在空气氛围中自室温
20—25
摄氏度升温至至
950
±
5℃
，升温速率为
3—5℃/min
，保温时间为
10—12h
，并自然冷却，得复合正极材料，复合正极材料含有
Na
0.7
MnO
2.05
和
Na4Zr2Si3O
12
。
[0018]在步骤4中，选择将粉末倒入坩埚，使用马弗炉进行烧结
。
[0019]在步骤4中，在空气氛围中自室温
20—25
摄氏度升温至至
950℃
，升温速率为
3—5℃/min
，保温时间为
10h
，并自然冷却，得复合正极材料
。
[0020]在上述技术方案中，行星球磨机型号为
YXQM
‑
0.4L
，二氧化锆球使用大中小三种球形，质量比为1：5：
14
，大中小三种球的直径分别为
10.88
±
0.30mm
，
8.45
±
0.30mm
，
5.47
±
0.30mm
，大中小三种球的质量分别为
4.12
±
0.10g
，
2.13
±
0.10g
，
0.41
±
0.10g。
[0021]本专利技术的新型复合正极材料作为正极材料在钠离子电池中的应用
。
[0022]与现有技术相比，本专利技术所述的复合正极材料，相比于纯的
Na
0.7
MnO
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种应用于钠离子电池的新型复合正极材料，其特征在于，按照下述步骤进行：步骤1，将磷酸钠
、
二氧化锆
、
二氧化硅
、
碳酸钠
、
二氧化锰以及无水乙醇混合均匀并进行球磨，其中：磷酸钠
、
二氧化锆
、
二氧化硅
、
碳酸钠和二氧化锰的质量之和与磨球的质量之比为
(1—1.1)
：8；以磷酸钠
、
二氧化锆
、
二氧化硅
、
碳酸钠和二氧化锰的质量之和为
100wt
％，
NaMnO2质量百分数为
50—70wt
％，
Na3Zr2Si2PO
12
质量百分数为
30—50
％，据此计算磷酸钠
、
二氧化锆
、
二氧化硅
、
碳酸钠和二氧化锰的用量；步骤2，将步骤1得到的前驱体分散液进行干燥；步骤3，将步骤2干燥后的粉末研磨过筛以获得均一的颗粒；步骤4，将步骤3得到的粉末进行烧结，在空气氛围中自室温
20—25
摄氏度升温至至
950
±
5℃
，升温速率为
3—5℃/min
，保温时间为
10—12h
，并自然冷却，得复合正极材料，复合正极材料含有
Na
0.7
MnO
2.05
和
Na4Zr2Si3O
12
。2.
根据权利要求1所述的一种应用于钠离子电池的新型复合正极材料，其特征在于，在步骤1中，磷酸钠
、
二氧化锆
、
二氧化硅
、
碳酸钠和二氧化锰的质量之和与磨球的质量之比为
(1.07—1.1)
：8；二氧化硅颗粒尺寸为
7—40nm
，二氧化锆颗粒尺寸为
50nm
；采用二氧化锆材质的球和球磨罐进行球磨，球磨转速为
200
～
220r/min
，球磨时长
10
～
12h。3.
根据权利要求1所述的一种应用于钠离子电池的新型复合正极材料，其特征在于，在步骤2中，将步骤1得到的前驱体分散液倒入培养皿中鼓风干燥，鼓风干燥温度为
100
～
120℃
，时间为
10
～
12h
；在步骤3中，过筛目数为
100
目
。4.
根据权利要求1所述的一种应用于钠离子电池的新型复合正极材料，其特征在于，在步骤4中，在空气氛围中自室温
20—25
摄氏度升温至至
950℃
，升温速率为
3—5℃/min
，保温时间为
10h
，并自然冷却，得复合正极材料
。5.
一种应用于钠离子电池的新型复合正极材料的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：步骤1，将磷酸钠
、
二氧化锆
、
二氧化硅
、
碳酸钠
、
二氧化锰以及无水乙醇混合均匀并进行球磨，其中：磷酸钠
、
二氧化锆
、
二氧化硅
、
碳酸钠和二氧化锰的质量之和与磨球的质量之比为
(1—1.1)
：8；以磷酸钠

【专利技术属性】
技术研发人员：张翠娟，吴金泽，李永丹，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：