[发明专利]三元氧化物/石墨烯基复合电极材料其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种三元氧化物/石墨烯基复合电极材料其制备方法和应用，复合电极材料包括石墨烯，并且还包括三元氧化物颗粒，三元氧化物颗粒的表面被石墨烯完全包覆，多个三元氧化物颗粒之间由石墨烯链接组装成复合材料颗粒。一种正极，包括所述复合材料。该复合电极材料在钠离子电池中应用。制备方法：将MnO₂、NaF、Fe₂O₃、NiO和Na₂CO₃通过干法震荡球磨，再在高温空气氛下反应得到掺氟的三元材料，然后通过表面石墨烯包覆、组装得到微纳结构的三元材料/石墨烯复合材料。制备方法简单可控，能耗低、成本低，适合于大规模工业化生产。结果表明，制备得到的微纳结构的复合材料材料具高的容量，可以应用于钠离子电池领域。

技术领域

本发明涉及钠离子电池用电极材料的技术领域，具体涉及一种三元氧化物/石墨烯基复合电极材料其制备方法和应用。

背景技术

随着社会、经济的发展，能源消耗日益加重，传统化石能源不断减少，人类对传统化石能源的消费的同时，造成环境污染严重，在此大环境下，清洁、可再生、价格低廉的新型能源成为各国政府开发的对像，目前风能、太阳能及海洋能在能源消耗中的比重在不断增加，但这些可再生能源受天气及时间段的影响较大，具有明显的不稳定、不连续和不可控特性，需要开发和建设配套的电能储存(储能)装置即电池来保证发电、供电的连续性和稳定性，且大规模的电池储能在电力工业中用于电力的“削峰填谷”，将会大幅度改善电力的供需矛盾，提高发电设备的利用率。大型储能电池对电极材料的要求有一定的能量密度、寿命、安全性有较高要求外，对成本也提出了更高的要求。铅酸电池虽然成本低，但其原料主要为铅和硫酸，存在易污染环境、使用寿命令短、存在记忆效应，电池重量大也存在运输成本高等诸多问题；锂离子电池虽然具有能量密度大、使用寿命长以及无记忆效应等优点，但锂原料储量有限，锂离子电池成本高，安全性能不佳，从长远来看，不能满足大规模储能的要求。与锂离子电池相比，钠离子电池资源丰富，安全性能好，且具有成本低、对环境友好等优点，非常适合大规模储能应用。层状的三元氧化物由于价格低廉，合成容易，具有高的理论容量，受到了广泛注意，但该类氧化物活性较低，循环性能不理想。

发明内容

基于以上不足之处，本发明提供一种三元氧化物/石墨烯基复合电极材料其制备方法和应用，该复合电极材料具有高容量和优异的循环稳定性，可作为钠离子电池的正极材料使用。

本发明所采用的技术如下：一种三元氧化物/石墨烯基复合电极材料，包括石墨烯，并且还包括三元氧化物颗粒，三元氧化物颗粒的表面被石墨烯完全包覆，多个三元氧化物颗粒之间由石墨烯链接，从而组装成复合材料颗粒。

本发明还具有如下技术特征：

1、如上所述的复合材料的颗粒粒径为1～5μm，有利于产物结构的稳定，以及减少被电解液的腐蚀，从而提高循环性能，表面包覆有石墨烯的三元氧化物颗粒粒径为200～300nm；有利于产物电化学活性的提高。

2、如上所述的三元氧化物颗粒为掺氟的O3型层状结构，化学通式为NaNi_xFe_yMn_1-x-yO_2-zF_z，其中0.2≤x≤0.4，0.3≤y≤0.6，0＜z≤0.2。

3、如上所述的石墨烯为单层石墨烯。

4、一种正极，包括如上所述的一种三元氧化物/石墨烯基复合电极材料。

5、一种三元氧化物/石墨烯基复合电极材料在钠离子电池中应用。

6、一种石墨烯复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：