本发明专利技术公开了一维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的高温固相合成法，包括如下步骤：将钠盐和锰盐按钠和锰的摩尔比为0.44～0.56溶于水中，得I液；将柠檬酸溶于水中，得II液；所述柠檬酸与总金属离子的摩尔比为0.5～1；将I液滴入II液中，搅拌10～60min；所得溶液于60℃～90℃加热蒸发除去溶剂，残余物于120℃加热处理6～24h，冷却至10℃～30℃，研磨成粉末；所得粉末于350℃～500℃加热处理3～10h，冷却至10℃～30℃，研磨成粉末；所得粉末于800℃～950℃加热处理10～45h，冷却，即得一维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2。本发明专利技术方法合成时间短，单位时间产量高，耗钠量少，产品形貌均匀、分散、薄、长，且具有良好的电化学性能(在0.1C充放电倍率下，放电比容量达到114mA·h/g)。
【技术实现步骤摘要】
—维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的高温固相合成法
本专利技术属于电池材料领域，具体涉及一种电池正极材料的合成方法。
技术介绍
钠离子电池和锂离子电池有许多相似之处，并且与锂离子电池相比，钠离子电池具有一些明显的优点，例如原料成本低及使用更低分解电势的电解质体系。到目前为止，用于钠离子电池正极材料的主要有NaVP04F、NaxCo02、NaxMn02层状结晶化合物及它们的掺杂化合物。NaxMnO2材料的制备方法目前主要有固相法、水热法、溶胶凝胶法等。其中，固相法主要使用的锰源为MnCO3和Mn2O3，钠源为Na2CO3,反应温度为800-900°C，反应时间小于12h，但其产物形貌均呈现不均匀的粗棒状结构且彼此粘结在一起，颗粒太大，容易造成颗粒间接触的不良好以及钠离子扩散的距离增大，在0.1C充放电倍率下，产物放电比容量仅80mA.h/g，加入碳纳米管后的放电比容量仅113mA.h/g。而水热法，在反应温度200°C以上、反应时间为72h时能获得钠锰氧纳米线且具有良好的电化学性能，但72h的反应时间太长，单位时间的产量低，且耗钠量较大(钠锰比一般大于150)，不适用于工业化大生产，此夕卜，水热法使用的锰源Mn2O3和Mn3O4还需为细颗粒状，否则即使反应72h也很难获得纳米线。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高温固相合成一维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的方法，原料价廉易得，操作简便，合成时间短，产量高，成本低，产品电化学性能好，适用于工业化大规模生产。经研究，本专利技术提供如下技术方案:1.一维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的高温固相合成法,包括以下步骤:A.将钠盐和锰盐按钠和锰的摩尔比为0.44?0.56溶于水中，得I液；B.将柠檬酸溶于水中，得II液；所述柠檬酸与总金属离子的摩尔比为0.5?I ;C.将I液滴入II液中，搅拌10?60min ；D.将步骤C所得溶液于60°C?90°C加热蒸发除去溶剂，残余物于120°C加热处理6?24h，冷却至10°C?30°C，研磨成粉末；E.将步骤D所得粉末于350°C?500°C加热处理3?10h，冷却至10°C?30°C，研磨成粉末；F.将步骤E所得粉末于800°C?950°C加热处理10?45h，冷却，制得一维纳米钠离子电池正极材料NaxMn02。锰盐和钠盐选择的前提是在1000°C范围内可熔融或分解。优选的，步骤A中所述锰盐为硝酸锰或氯化锰；所述钠盐为硝酸钠、氢氧化钠、醋酸钠或碳酸钠。更优选的，步骤A中所述锰盐为硝酸锰；所述钠盐为硝酸钠。优选的，步骤A中钠和锰的摩尔比为0.45~0.54。优选的，步骤B中所述柠檬酸的用量与总金属离子的摩尔比为I。步骤A中I液和步骤B中II液的浓度无特殊要求，只要所有试剂全部溶解即可。步骤D中将残余物干120°C加热处理是为了制备干燥凝胶前驱体；步骤E中将粉末于350°C~500°C加热处理是为了除去前驱体中的螯合剂，并利用螯合剂气化产生的冲力使体系混合得更均匀；步骤F中将粉末于800°C~950°C加热处理是为了获得所需物相，因为在低温下无法获得ー维纳米钠离子电池正极材料NaxMn02。优选的，步骤F中将步骤E所得粉末于850°C~900°C加热处理15h。作为本专利技术的优选技术方案一，ー维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的高温固相合成法包括以下步骤:A.将钠盐 和锰盐按钠和锰的摩尔比为0.45溶于水中，得I液；B.将柠檬酸溶于水中，得II液；所述柠檬酸与总金属离子的摩尔比为I ;C.将I液滴入II液中，搅拌IOmin ；D.将步骤C所得溶液于90°C加热蒸发除去溶剂，残余物干120°C加热处理24h，冷却至10°C~30°C，研磨成粉末；E.将步骤D所得粉末于450°C加热处理6h，冷却至10°C~30°C，研磨成粉末；F.将步骤E所得粉末于900°C加热处理15h，冷却，制得ー维纳米钠离子电池正极材料 NaxMnO2。作为本专利技术的优选技术方案二，ー维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的高温固相合成法包括以下步骤:A.将钠盐和锰盐按钠和锰的摩尔比为0.54溶于水中，得I液；B.将柠檬酸溶于水中，得II液；所述柠檬酸与总金属离子的摩尔比为I ;C.将I液滴入II液中，搅拌IOmin ；D.将步骤C所得溶液于80°C加热蒸发除去溶剂，残余物干120°C加热处理12h，冷却至10°C~30°C，研磨成粉末；E.将步骤D所得粉末于400°C加热处理3h，冷却至10°C~30°C，研磨成粉末；F.将步骤E所得粉末于850°C加热处理15h，冷却，制得ー维纳米钠离子电池正极材料 NaxMnO2。本专利技术的有益效果在于:本专利技术将柠檬酸作为螯合剂首次用于合成ー维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2，通过柠檬酸和金属离子的螯合来实现体系在原子级别的均匀混合。相对于传统的固相法和溶胶凝胶法，采用本专利技术方法合成的ー维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的形貌更均匀、分散、薄、长，不需要与碳纳米管复合即可获得良好的电化学性能(在0.1C充放电倍率下，放电比容量为114mA ? h/g);相对于水热法，本专利技术方法的合成时间大大缩短，单位时间的产量高，耗钠量明显下降。【附图说明】为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明:图1为实施例1所得产品的扫描电镜图，右上角框图为局部放大图。图2为实施例2所得产品的扫描电镜图，右上角框图为局部放大图。图3为实施例1 (虚线)和实施例2 (实线)所得产品的X射线衍射图。图4为实施例2所得产品在0.1C恒流下的充放电曲线。【具体实施方式】下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。优选实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照试剂制造厂商所建议的条件进行。实施例1、一维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的合成取11.6ml50%(w/w)Mn(NO3)2 溶液和 2.295g NaNO3 溶解于 18ml 去离子水中，搅拌使充分溶解，得I液；取14.795g柠檬酸溶于24.6ml去离子水中，得II液；将I液缓慢滴入 II液中，搅拌10min，90°C加热蒸发除去溶剂，残余物转至120°C烘箱中加热处理24h，冷却至室温，研磨成粉末，所得粉末继续于450°C加热处理6h，冷却至室温，研磨成粉末，再将所得粉末于900°C加热处理15h，冷却至室温，得到最终产品。最终产品的形貌如图1所示，结晶度非常高，呈薄片状，可以看到纳米线的存在； 组分分析结果如图3 (虚线)所示，NaxMnO2中的x为0.44。实施例2、一 维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的合成取11.6ml50%(w/w)Mn (NO3) 2 溶液和 1.912g NaNO3 溶解于 15ml 去离子水中，搅拌使充分溶解，得I液；取13.930g柠檬酸溶于23ml去离子水中，得II液；将I液缓慢滴入 II液中，搅拌10min，80°C加热蒸发除去溶剂，残余物转至120°C烘箱中加热处理12h，冷却至室温，研磨成粉末，所得粉末继续于40(TC加热处理3h，冷却至室温，研磨成粉末，再将所得粉末于850°C处理15h，冷却至室温，得到最终产品。最本文档来自技高网...
【技术保护点】
一维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的高温固相合成法，其特征在于，包括以下步骤：A.将钠盐和锰盐按钠和锰的摩尔比为0.44～0.56溶于水中，得I液；B.将柠檬酸溶于水中，得II液；所述柠檬酸与总金属离子的摩尔比为0.5～1；C.将I液滴入II液中，搅拌10～60min；D.将步骤C所得溶液于60℃～90℃加热蒸发除去溶剂，残余物于120℃加热处理6～24h，冷却至10℃～30℃，研磨成粉末；E.将步骤D所得粉末于350℃～500℃加热处理3～10h，冷却至10℃～30℃，研磨成粉末；F.将步骤E所得粉末于800℃～950℃加热处理10～45h，冷却，即得一维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2。
【技术特征摘要】
1.ー维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的高温固相合成法,其特征在于,包括以下步骤: A.将钠盐和锰盐按钠和锰的摩尔比为0.44~0.56溶于水中，得I液； B.将柠檬酸溶于水中，得II液；所述柠檬酸与总金属离子的摩尔比为0.5~I ; C.将I液滴入II液中，搅拌10~60min ； D.将步骤C所得溶液于60°C~90°C加热蒸发除去溶剂，残余物干120°C加热处理6~24h，冷却至10°C~30°C，研磨成粉末； E.将步骤D所得粉末于350°C~500°C加热处理3~10h，冷却至10°C~30°C，研磨成粉末； F.将步骤E所得粉末于800°C~950°C加热处理10~45h，冷却，即得ー维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2。2.如权利要求1所述的ー维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的高温固相合成法，其特征在于，步骤A中所述锰盐为硝酸锰或氯化锰；所述钠盐为硝酸钠、氢氧化钠、醋酸钠或碳酸钠。3.如权利要求2所述的ー维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的高温固相合成法，其特征在于，步骤A中所述锰盐为硝酸锰；所述钠盐为硝酸钠。4.如权利要求1所述的ー维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的高温固相合成法，其特征在于，步骤A中钠和锰的摩尔比为0.45~0.54。5.如权利要求1所述的ー维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的高温固相合成法，其特征在于，步骤B中所述柠檬酸的用量与总金属离子的摩尔比为I。6.如权利要求1所述的ー维纳米钠离子电池正极材料NaxMnO2的高...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐茂文，牛玉斌，李长明，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：
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