[发明专利]一种网状结构钠离子电池电极材料的制备方法

说明书

本发明为一种网状结构锰酸钠钠离子电池电极材料的制备方法。该方法包括如下步骤：第一步，前驱体网状结构锰酸钠纳米颗粒的制备；第二步，网状结构锰酸钠纳米颗粒粉体的制备：第三步，网状结构锰酸钠钠离子电池正极片的制备：将第二步制得的网状结构锰酸钠纳米颗粒(NMO)与碳纳米管(CNT)加入到去离子水中，将混合溶液超声分散15～60min，得到二者混合均匀的混合溶液，再将所得混合溶液真空抽滤成自组装薄片，由此制得网状结构锰酸钠钠离子电池正极片。本发明所制备的网状结构NMO自组装电极材料置于水系钠离子电池中，展现出优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及钠离子电池电极材料的制备方法，更具体地涉及一种网状结构锰酸钠钠离子电池电极材料的制备方法。

背景技术

适合于大规模储电应用的二次电池体系必须具有资源广泛、价格低廉、环境友好、安全可靠的特点，同时兼顾能量密度、功率密度等电化学性能指标要求。先进的锂离子电池被认为是储能技术的理想体系，但是地球上锂的资源储量有限，且锂离子电池电解液为有机体系，存在污染和安全性问题。而水系钠离子电池由于采用中性的盐水溶液作为电解质，既避免了有机电解质的易燃问题，又克服了传统水系电池的高污染，寿命短(如铅酸电池)和价格昂贵(镍氢电池)的缺点，是能够满足大型储能技术要求的理想体系之一。

从资源和环境等方面考虑，水系钠离子电池作为储能应用具有很大的优势。早在20世纪80年代，人们就开展了有机系钠离子电池正负极材料的研究，那时有关储钠反应的正负极材料体系大多简单地移植锂离子电池中成功应用的材料结构，而没有充分考虑储钠反应对于主体晶格结构的特殊要求，因此以失败告终。近年来，科研者根据钠离子特点设计的一系列正负极储钠材料在容量利用率和循环寿命方面基本达到应用要求。相比之下，水溶液钠离子的研究尚在起步阶段，所面临的材料选择和应用问题更为复杂。自从1994年，DAHN等制作了以V₂O₅为负极、LiMn₂O₄为正极、Li₂SO₄/H₂O为电解质的锂离子电池，首次提出利用两极间离子嵌入反应构建“摇椅式”水溶液二次电池的构想之后，水系钠离子电池的设计和材料研制就在此反应原理基础上展开。

随着对Na_0.44MnO₂(锰酸钠，简称NMO)电极材料的深入研究，为了提高NMO正极材料的循环寿命以及可逆容量，现有技术已经开始采用将NMO纳米化或制备NMO与C的复合材料，即将NMO负载于碳纳米材料上或者对NMO进行碳包覆，以此制备用于钠离子电池的正极材料。例如，CN103050682A报道了一种钠离子电池电极材料及其制备方法，是将易容于水的氢氧化物溶于水得到氢氧化物溶液；将可溶性锰盐、铁盐和镍盐溶于水得到盐溶液；将氢氧化物溶液和盐溶液混合得到混合液，将混合液搅拌10～30h后，水洗并过滤，真空干燥，得到前驱体；将前驱体和钠盐混合均匀，在500～1000℃下煅烧≥10h得到钠离子电池电极材料；CN104495941A报道了一种钠离子电池正极材料的制备方法，具体是在混合器中加入NaOH水溶液，加热到50～85℃，搅拌下将MnO粉体缓慢加入，在50～85℃下保温，并抽减压浓缩，干燥，研磨，将研磨得到的粉体在空气气氛煅烧，煅烧温度为600～800℃，煅烧时间为3～6h。上述现有专利技术普遍存在的缺点是：制备钠离子颗粒的粒径较大、较难控制其微观形貌和结构、制得的钠离子电池正极材料的电化学性能仍不理想，且制备工艺复杂和生产成本高，影响了钠离子电池的广泛应用。并且上述现有专利普遍采用电极材料与导电剂、粘结剂混合成浆料来制备电极，工序复杂且成本较高，此外，NMO导电性能较差。

发明内容