[发明专利]一种钠离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钠离子电池电极材料领域，具体涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

现有能源不断的消耗促使各国不断寻求可替代新型储能材料，各式各样的储能产品也逐渐在市场上热销，化学电源界也一直在探索新的高比能量、循环寿命长的二次电池。锂离子电池和超级电容器作为新型的储能器件以其独特的优势应用于军事、交通、通信、医疗等各领域。但是，锂矿的大量开采导致锂价格攀升，并进一步导致可以预见的锂矿能源枯竭。于是，近几年人们开始寻求可代替的新型电池，钠离子电池因此进入了研究人员的视野。钠在地球上的储量十分丰富，价格低廉，作为锂的同族有着十分相似的化学性质。钠离子电池是一种非常有前景的锂离子电池取代物，而开发钠离子电池的关键之一是寻找合适的正极材料，使电池具有足够高的钠嵌入量和很好的钠脱嵌可逆性，以保证电池的高电压、大容量和长循环寿命。但现实存在的一个主要问题是，由于钠离子的直径比锂离子要大的多，在电池反应中进行离子穿插时很容易导致电极材料的结构塌陷，因此解决电池的循环稳定性是钠离子电池目前面对的重大挑战之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种钠离子电池正极材料，该材料的结构框架便于钠离子的穿插，有效减少钠离子穿插时对结构的破坏；本发明还提供了该正极材料的制备方法。

本发明的技术方案具体如下：

一种钠离子电池正极材料，该正极材料由基底和叠层结构组成；所述叠层结构以碳材料-钒氧化物-碳材料为重复单元涂覆于基底上。

优选的，所述基底为铝片。

优选的，所述钒氧化物为五氧化二钒。

优选的，所述碳材料为氧化石墨烯。

优选的，所述重复单元的重复次数为1～6次。

更优选的，所述重复单元的重复次数为3次。

本发明还提供了上述钠离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)制备钒氧化物胶体溶液和碳材料水溶液；

2)将步骤1)制备的碳材料水溶液和钒氧化物胶体溶液按碳材料水溶液-钒氧化物胶体溶液-碳材料水溶液的顺序依次涂覆于基底上，并且每涂覆一次即烤干一次；

3)最后将涂覆完毕的电极材料干燥即得。

优选的，步骤2)之后重复步骤2)至少一次。

优选的，所述步骤1)中所述钒氧化物胶体溶液为0.1mol/L至饱和浓度的胶体溶液，所述碳材料水溶液的浓度为4～9mg/mL。

优选的，所述步骤2)中所述烤干为加热至40～70℃烤干。

优选的，所述步骤3)中所述干燥为真空条件下于120℃干燥12h。

本发明的有益效果在于：利用碳材料-钒氧化物-碳材料的叠层结构制备的电极材料更利于钠离子的嵌入量和很好的脱嵌可逆性，并且，钒氧化物的晶格结构框架较大，利于钠离子的穿插，保证钠离子在脱嵌过程中材料结构不会塌陷，而碳材料则可以提升材料的拉伸性，降低钠离子穿插过程中对材料的破坏，因此，本发明所述叠层结构的电极材料大大提升了电池的实际容量和循环寿命。另外，由于钒氧化物作为电极材料时的电位窗口比其他金属氧化物要高，使得该电极材料在使用时可以最大限度的发挥各材料的作用，有利于提升电池的电压。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：

图1钠离子电池正极材料的制备过程示意图；

图2各实施例制备得到的钠离子电池正极材料SEM平面及截面图；

图3实施例1制备的钠离子电池正极材料组装的钮扣式钠离子电池的前三次充放电循环曲线图；

图4各实施例制备的钠离子电池正极材料组装的钮扣式钠离子电池在不同放电倍率下的容量—循环次数曲线图；

图5各实施例制备的钠离子电池正极材料组装的钮扣式钠离子电池在同一放电倍率下的容量—循环次数曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。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制造厂商所建议的条件。

实施例1

一种钠离子电池正极材料，其制备方法如下：

1)用五氧化二钒粉末和双氧水制备饱和浓度的五氧化二钒胶体溶液，并用Hummers法将石墨粉制备成浓度为4mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

2)将氧化石墨烯水溶液均匀涂覆于基底铝片上，然后在60℃的加热台上烤干；