[发明专利]一种NASICON结构Na4

说明书

本发明公开了一种NASICON结构Na₄CrMn(PO₄)₃材料的制备方法及其应用。以Cr(CH₃COO)₃、Mn(CH₃COO)₂·4H₂O、CH₃COONa和NH₄H₂PO₄为原料，使用溶胶‑凝胶法，通过78℃油浴锅磁力搅拌和超声处理使水分挥发得到干凝胶，然后将干凝胶置于真空干燥箱中在120℃下烘干12小时，获得干燥的凝胶，然后对其充分研磨，致其变成粉末状，称取0.4 g的粉末用Ф10 mm模具压制成片，放置于管式炉中，在氩气氛围下于800℃热处理6小时，即制得NASICON结构Na₄CrMn(PO₄)₃材料，该材料应用于钠离子电池正极材料。本发明具有操作简单、产物纯度高的特点，将其作为钠离子电池正极材料时，展现了较高的电压平台和尚可的比容量，可为钠离子电池正极材料的发展和高能量密度商用电池的设计提供借鉴意义。

技术领域

本发明属于电极材料与电化学储能器件技术领域，具体涉及一种NASICON结构Na₄CrMn(PO₄)₃材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着科学技术的飞快进步，人类对化石燃料日益增长的需求所带来的环境问题成为一项不可忽视的因素，实现对绿色可再生能源的有效利用已经迫在眉捷。传统的太阳能、风能和潮汐能等可再生能源供给不稳定，为了充分有效地储存和利用这些能源，发展大规模能量储存系统成为目前大家关注的热点。

由于钠资源在地壳中储量丰富、分布广泛和价格低廉的特点，钠离子电池（SIB）逐渐应用大规模能量存储设备。NASICON（钠超离子导体）结构材料凭借其稳定的三维框架和较大的钠离子通道被认为是一种极具吸引力的SIB电极材料。Na₃V₂(PO₄)₃是典型的钠超离子导体结构材料，它具有较高的离子电导率和比较高的理论比容量，放电平台在3.4 V左右。本发明以Na₃V₂(PO₄)₃材料为母体，通过过渡金属Cr元素和Mn元素共同取代V元素，在保持原有晶体结构不变和保持电中性的情况下形成新的材料Na₄CrMn(PO₄)₃，该材料作为钠离子电池正极材料时，在2.5~4.5 V的电压范围内，理论容量可达到111 mAh g^-1，充放电平台高达4.3 V。

发明内容

本发明的目的是提供一种NASICON结构Na₄CrMn(PO₄)₃材料的制备方法及其应用。

制备NASICON结构Na₄CrMn(PO₄)₃材料的具体步骤为：

（1）将装有蒸馏水的烧杯放入78 ℃的油浴锅中，然后按Na₄CrMn(PO₄)₃的化学计量比分别称取Cr(CH₃COO)₃、Mn(CH₃COO)₂·4H₂O、CH₃COONa和NH₄H₂PO₄溶解在上述蒸馏水中，搅拌半小时后将烧杯取出放入超声波清洗机中超声10分钟，随后继续在78 ℃下进行磁力搅拌，使水分蒸发后得到干凝胶。

（2）将步骤（1）制得的干凝胶置于真空干燥箱中在120 ℃下烘干12小时，获得干燥的凝胶，然后对其充分研磨，致其变成粉末状，称取0.4 g的粉末用Ф10 mm模具压制成片。