[发明专利]一种静电纺丝制备NaxCoO2微粒及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钠离子电池正极材料Na_xCoO₂颗粒的制备方法。利用聚乙烯醇缩丁醛（PVB）和乙醇配成高聚物溶液，再向其中加入钠盐，钴盐，通过搅拌得到前驱体溶液。再利用静电纺丝技术，将其制成初纺纤维并进行退火处理得到Na_xCoO₂。相比于传统的高温固相法，通过静电纺丝法制备得到的Na_xCoO₂颗粒尺寸更为均一，粒径更小，且通过改变反应条件可以实现对Na_xCoO₂颗粒尺寸的调控。能过改变反应温度，分别制备得到了三方晶系的Na_0.6CoO₂和六方晶系的Na_0.78CoO₂。对于聚乙烯醇缩丁醛（PVB）和乙醇配成质量体积比为8%得到的六方晶系的Na_0.78CoO₂具有最理想的电化学性能。其初始比容量高达135.2 mAh g^‑1,在100 mA g^‑1电流密度下经过100圈循环后比容量依然高达109.8mAh g^‑1，容量保持率为81.2%。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池正极材料，尤其涉及一种静电纺丝法Na_xCoO₂材料的制备，属于钠离子电池正极材料领域。

背景技术

如今，随着锂离子电池在人们日常生活中的广泛应用，所涉及的领域已经从便携式电子产品跨越到电动汽车领域，但是锂资源匮乏导致的成本问题依然是今后锂离子电池发展所面临的巨大挑战。钠在地球上的储量远远多于锂，因此研究钠离子电池对于降低能量存储设备成本具有重要意义。Na_xCoO₂（0 < x ≤ 1）作为当前热门的钠离子电池正极材料，由于其较高的钠离子扩散效率（0.5~1.5×10^-10 cm² s^-1)而引起研究人员的关注。但到目前为止，采取静电纺丝技术制备Na_xCoO₂的相关工作鲜有报道。本发明系统研究了静电纺丝制备Na_xCoO₂的各种条件，对于静电纺丝法制备Na_xCoO₂具有重要指导意义。

发明内容

本发明的目的在于以聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、无水乙醇、无水乙酸钠、四水乙酸钴为原料，利用静电纺丝技术制备出初纺纤维，再进行热处理，得到Na_xCoO₂材料。

所述的Na_xCoO₂材料包括六方晶系的Na_0.78CoO₂或三方晶系的Na_0.6CoO₂。

所述的Na_0.78CoO₂颗粒大小为2～5 µm；Na_0.6CoO₂颗粒大小为200 nm～1 µm。

本发明所涉及的原料为聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、无水乙醇、无水乙酸钠、四水乙酸钴。具体步骤如下：(1)量取一定量无水乙醇倒入容器中，水浴加热至70^oC～80^oC后取出来置于搅拌器上，称取聚乙烯吡咯烷酮边搅拌边缓慢加入其中，搅拌成均一的PVB纺丝溶液。(2)称取无水乙酸钠和四水乙酸钴加入PVB纺丝溶液，搅拌成均一的纺丝前驱体。(3)取适量该纺丝前驱体溶液，置于静电纺丝装置上，设置参数，进行纺丝，即可得到出纺纤维。(4)揭下初纺纤维，置于70^oC烘箱中烘干，再将纤维薄膜置于管式炉中，在氮气环境中于适合的温度下预氧化一段时间后在空气气氛中进行高温煅烧，即可得到材料。

聚乙烯醇缩丁醛的乙醇高聚物溶液中，聚乙烯醇缩丁醛的质量浓度为4%～8%。