[发明专利]一种纳米片状钠离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学材料技术领域，特别涉及一种纳米片状钠离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着能源匮乏、资源紧缺、环境污染等问题日益严重，开发新型清洁可持续的能源已成为人们关注的重点。由于钠资源丰富，在地壳中的含量为2.64％，在海水中NaCl的含量占3.5％，易提取，成本低廉，且与锂具有相似的化学性质，因此人们对钠离子电池的研究越来越多。

然而当前制约钠离子电池实用化的主要瓶颈正是缺乏可稳定嵌/脱钠离子的长寿命型电极材料。在钠离子电池正极材料中，过渡元素铁、锰、镍等组成的层状材料受到广泛关注，并可能最早实现大规模商业化应用，但基本以不规则颗粒状为主，分子通式为NaMO₂(M为一种或多种金属元素的组合)，存在比容量低、倍率性能差、性能不稳定等缺点。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供一种高容量、倍率放电性能好的六边形纳米片状的Na_0.45(Mn_0.52Ni_0.28-xFex)O₂材料，其六边形纳米片状材料形貌独特，可以提高材料的结构稳定性、储钠比容量和倍率放电性能，能够让钠离子更快地嵌脱，可以稳定嵌/脱钠离子，使用寿命长，规整性好，比容量高、倍率性能好、性能稳定。

本发明的目的还在于，提供一种上述Na_0.45(Mn_0.52Ni_0.28-xFex)O₂材料的制备方法。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：

一种纳米片状钠离子电池正极材料，该纳米片状钠离子电池正极材料的分子式为Na_0.45(Mn_0.52Ni_0.28-xFe_x)O₂，其中x为0.08～0.2。

优选地，该纳米片状钠离子电池正极材料的分子式中原子Na：Mn+Ni+Fe：O的摩尔比为0.45:0.8:2.0，分子式为Na_0.45M_0.8O₂，其中M为金属元素。

一种前述的纳米片状钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将可溶性镍盐、铁盐、锰盐、钠盐加入去离子水中，搅拌溶解均匀，得到混合盐溶液；

第二步，向第一步所得的混合盐溶液中加入柠檬酸水溶液，在中温水浴下搅拌反应一段时间，加入氨水调节PH值，继续在高温水浴下搅拌反应一段时间，反应得到前驱体凝胶；

第三步，将第二步所得的前驱体凝胶进行干燥、研磨、预烧结、高温烧结后，得到纳米片状钠离子电池正极材料。

进一步地，所述的可溶性镍盐为正二价镍盐，正二价镍盐为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸镍中的任一种；所述的可溶性铁盐为氯化亚铁、硝酸铁、醋酸亚铁中的任一种；所述的可溶性锰盐为正二价锰盐，正二价锰盐为硝酸锰、硫酸锰、醋酸锰、氯化锰中的任一种；所述的可溶性钠盐硝酸钠、氯化钠中的任一种。

进一步地，所述的第一步中混合盐溶液的质量分数为6.3％～9.6％。

进一步地，所述的第二步中氨水调节PH为5.5～6.0。

进一步地，所述的第二步中柠檬酸水溶液的浓度为0.04～0.07g/mL。

进一步地，所述的第二步中混合盐溶液与柠檬酸水溶液的质量比为0.7～3.2。

进一步地，所述的第二步中中温水浴的温度为40～50℃、反应时间为1～3小时，所述的第二步中高温水浴的温度为60～90℃、反应时间为6～8小时。

进一步地，所述的第三步中具体包括在100℃干燥12～16小时，在500℃预烧结4～6小时，在850～950℃烧结12～14小时。