一种碱金属离子掺杂铜铁锰正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了涉及正极材料领域，具体涉及一种碱金属离子掺杂铜铁锰正极材料及其制备方法，用于解决现有的铜铁锰基正极材料存在易于团聚，分散不均，导致其循环性能和电化学性能不佳的问题；在制备碱金属离子掺杂铜铁锰正极材料的过程中首先制备了一种粒子改性剂，粒子改性剂的分子结构上含有大量的硅氧烷，能够增强活性粒子的分散性，同时引入了大量的噻吩环

【技术实现步骤摘要】
一种碱金属离子掺杂铜铁锰正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及正极材料领域，具体涉及一种碱金属离子掺杂铜铁锰正极材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]电化学储能作为一种具备较高能量转换效率的技术，引起了广泛的关注
。
特别是锂离子电池的发展，极大地改变了我们的日常生活，但是，锂离子电池原材料资源的不均匀分布和高昂的价格限制了其进一步发展，钠离子电池因其与锂离子电池相似的性能并且在地壳中拥有丰富的钠资源，可以大大降低成本，而被认为是一种具有竞争力的替代者
。
[0003]正极材料被认为是开发高性能钠离子电池的关键，钠离子电池铜铁锰基正极材料由于原料丰富
、
环境友好
、
空气稳定性好等优势引起了研究人员的广泛关注，但是，目前现有的铜铁锰基正极材料存在易于团聚，分散不均，导致其循环性能和电化学性能不佳
。

技术实现思路

[0004]为了克服上述的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种碱金属离子掺杂铜铁锰正极材料及其制备方法：通过将五水硫酸铜
、
七水硫酸亚铁
、
一水硫酸锰
、
十六烷基三甲基溴化铵以及乙醇溶液加入至三口烧瓶中搅拌反应，得到混合离子溶液，之后将氢氧化钠溶液逐滴加入至混合离子溶液中，滴加完毕后继续搅拌反应，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后真空抽滤，将滤饼洗涤
、
干燥，得到前驱体，将前驱体加入至放置于管式炉中煅烧，之后随炉冷却，经过研磨后得到活性粒子，将活性粒子
、
粒子改性剂以及乙醇溶液加入至三口烧瓶中搅拌反应，之后加入无水三氯化铁和吡咯继续搅拌反应，反应结束后将反应产物真空抽滤，将滤饼洗涤
、
干燥，得到该碱金属离子掺杂铜铁锰正极材料，解决了现有的铜铁锰基正极材料存在易于团聚，分散不均，导致其循环性能和电化学性能不佳的问题
。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种碱金属离子掺杂铜铁锰正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：将五水硫酸铜
、
七水硫酸亚铁
、
一水硫酸锰
、
十六烷基三甲基溴化铵以及乙醇溶液加入至安装有搅拌器
、
温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为
25
‑
30℃
，搅拌速率为
400
‑
600r/min
的条件下搅拌反应
20
‑
30min
，得到混合离子溶液，之后按照1‑2滴
/s
的滴加速率将氢氧化钠溶液逐滴加入至混合离子溶液中，滴加完毕后升温至
150
‑
160℃
的条件下继续搅拌反应
10
‑
15h
，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后真空抽滤，将滤饼用蒸馏水洗涤3‑5次，经过干燥后，得到前驱体；
[0008]步骤二：将前驱体加入至放置于管式炉中，通入氩气保护，按照2‑
3℃/min
的升温速率升温至
450
‑
470℃
的条件下煅烧4‑
5h
，之后继续升温至
800
‑
820℃
的条件下煅烧8‑
10h
，之后随炉冷却，经过研磨后得到活性粒子；
[0009]步骤三：将活性粒子
、
粒子改性剂以及乙醇溶液加入至安装有搅拌器
、
温度计
、
导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为
25
‑
30℃
，搅拌速率为
400
‑
600r/min
的条件下搅拌反应
20
‑
30min
，之后升温至回流的条件下继续搅拌反应3‑
5h
，之后降温至
25
‑
30℃
的条件下加入无水三氯化铁和吡咯，之后继续搅拌反应
20
‑
30h
，反应结束后将反应产物真空抽滤，将滤饼依次用无水甲醇和蒸馏水洗涤2‑3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为
80
‑
85℃
的条件下干燥8‑
10h
，得到该碱金属离子掺杂铜铁锰正极材料
。
[0010]碱金属离子掺杂铜铁锰正极材料的分子结构如下所示：
[0011][0012]作为本专利技术进一步的方案：步骤一中的所述五水硫酸铜
、
七水硫酸亚铁
、
一水硫酸锰
、
十六烷基三甲基溴化铵
、
乙醇溶液以及氢氧化钠溶液的用量比为
20mmol
：
10mmol
：
20mmol
：
0.15
‑
0.25g
：
100
‑
120mL
：
30
‑
50mL
，所述乙醇溶液的体积分数为
50
％，所述氢氧化钠溶液的质量分数为
35
‑
40
％
。
[0013]作为本专利技术进一步的方案：步骤二中的所述活性粒子
、
粒子改性剂
、
乙醇溶液
、
无水三氯化铁以及吡咯的用量比为
10g
：
0.8
‑
3.6g
：
60
‑
80mL
：
2.6
‑
5.2g
：
2.5
‑
5.5mL
，所述乙醇溶液的体积分数为
70
‑
80
％
。
[0014]作为本专利技术进一步的方案：所述粒子改性剂由以下步骤制备得到：
[0015]步骤
s1
：将8‑
羟基
‑2‑
甲基喹啉
、
二氧六环
、
溴乙烷以及无水碳酸钾加入至安装有搅拌器
、
温度计的三口烧瓶中，在温度为
60
‑
65℃
，搅拌速率为
400
‑
600r/min
的条件下搅拌
反应
20
‑
25h
，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后用二氯甲烷萃取2‑3次，之后将萃取液用蒸馏水洗涤3‑5次，之后用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体1；
[0016]反应原理如下：
[0017][0018]步骤
s2
：将二氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种碱金属离子掺杂铜铁锰正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将五水硫酸铜
、
七水硫酸亚铁
、
一水硫酸锰
、
十六烷基三甲基溴化铵以及乙醇溶液加入至三口烧瓶中搅拌反应，得到混合离子溶液，之后将氢氧化钠溶液逐滴加入至混合离子溶液中，滴加完毕后继续搅拌反应，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后真空抽滤，将滤饼洗涤
、
干燥，得到前驱体；步骤二：将前驱体加入至放置于管式炉中煅烧，之后随炉冷却，经过研磨后得到活性粒子；步骤三：将活性粒子
、
粒子改性剂以及乙醇溶液加入至三口烧瓶中搅拌反应，之后加入无水三氯化铁和吡咯继续搅拌反应，反应结束后将反应产物真空抽滤，将滤饼洗涤
、
干燥，得到该碱金属离子掺杂铜铁锰正极材料
。2.
根据权利要求1所述的一种碱金属离子掺杂铜铁锰正极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中的所述五水硫酸铜
、
七水硫酸亚铁
、
一水硫酸锰
、
十六烷基三甲基溴化铵
、
乙醇溶液以及氢氧化钠溶液的用量比为
20mmo l
：
10mmo l
：
20mmol
：
0.15
‑
0.25g
：
100
‑
120mL
：
30
‑
50mL
，所述乙醇溶液的体积分数为
50
％，所述氢氧化钠溶液的质量分数为
35
‑
40
％
。3.
根据权利要求1所述的一种碱金属离子掺杂铜铁锰正极材料的制备方法，其特征在于，步骤二中的所述活性粒子
、
粒子改性剂
、
乙醇溶液
、
无水三氯化铁以及吡咯的用量比为
10g
：
0.8
‑
3.6g
：
60
‑
80mL
：
2.6
‑
5.2g
：
2.5
‑
5.5mL
，所述乙醇溶液的体积分数为
70
‑
80
％
。4.
根据权利要求1所述的一种碱金属离子掺杂铜铁锰正极材料的制备方法，其特征在于，所述粒子改性剂由以下步骤制备得到：步骤
s1
：将8‑
羟基
‑2‑
甲基喹啉
、
二氧六环
、
溴乙烷以及无水碳酸钾加入至三口烧瓶中搅拌反应，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后萃取，将萃取液洗涤
、
干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发，得到中间体1；步骤
s2
：将二氧化硒
、
二氧六环加入至四口烧瓶中搅拌反应，之后边搅拌边逐滴加入中间体1溶液，滴加完毕后继续搅拌反应，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发，之后重结晶，得到中间体2；步骤
s3
：将中间体
2、
吡咯加入至三口烧瓶中，边搅拌边逐滴加入三氟乙酸，滴加完毕后继续搅拌反应，反应结束后调节反应产物
pH
，之后萃取，将萃取液洗涤
、
干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发，之后重结晶，得到中间体3；步骤
s4
：将中间体
3、4
‑
溴
‑2‑
噻吩甲醛以及二氯甲烷加入至三口烧瓶中，边搅拌边逐滴加入三氟乙酸，之后加入四氯对苯醌继续搅拌反应，反应结束后将反应产物真空抽滤，之后将滤液旋转蒸发，得到中间体4；步骤
s5
：将中间体
4、
乙酸钴以及
N
，
N
‑
二甲基甲酰胺加入至三口烧瓶中搅拌反应，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后旋转蒸发，将蒸发产物进行硅胶柱层析，得到中间体5；步骤
s6
：将中间体
5、
吡咯
、
无水乙醚以及叔丁醇钾加入至三口烧瓶中搅拌反应，反应结束后将反应产物倒入至冰水中，之后萃取，将萃取液洗涤
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹伟民，邹嘉逸，康书文，朱广山，黄宇彬，沈智，
申请(专利权)人：江苏传艺钠电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：