[发明专利]一种基于纳米纤维骨架的钠离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于纳米纤维骨架的钠离子电池正极材料及其制备方法和应用，将钠盐、锰盐和酒精进行球磨混合，经干燥研磨得到粉末前驱体；经煅烧后冷却至室温得到Na_0.44MnO₂单晶；将Na_0.44MnO₂单晶与PVP和蒸馏水制成静电纺丝溶液，采用静电纺丝法制备Na_0.44MnO₂纳米纤维材料；采用研磨工艺通过碳化处理形成碳材料包覆Na_0.44MnO₂钠离子电池正极材料。本发明采用静电纺丝技术，通过对温度、气氛及时间等实验条件的调控，以及对静电纺丝工艺参数的选择，探索出新型Na_0.44MnO₂@(CNTs/C)纳米纤维复合材料电极材料的制备工艺流程，该方法制备的Na_0.44MnO₂材料拥有良好的放电比容量和可靠的循环性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种基于纳米纤维骨架的钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

能源和环境问题是当今世界最受关注的议题，化石能源的过度消耗以及他们燃烧所带来的环境污染问题也日益突显，极大的制约着未来社会的高效和可持续发展，如何实现现代社会能源的高效、无污染储存和转化已经成了科研领域亟待解决的重要问题。

具有低成本、长寿命、高安全性和高能量密度的新型储能技术与装备成为了替代传统化石能源的重要解决途径；因此，探索性能优异、成本低廉的新型电池已成为电池体系研究的重要方向。钠离子电池由于具有资源储量丰富、无环境污染、价格低廉等优点，近年来已被研究人员广泛关注，为电化学储能领域提供了新的研究方向。

然而，钠离子具有较大的半径(rNa+＝0.97nm)，使得钠离子比锂离子扩散动力差，且钠离子电池的能量密度较低，因此研究出一种优良的嵌钠型正极材料对于提高钠离子电池的能量密度和扩散性能显得尤为迫切。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于纳米纤维骨架的钠离子电池正极材料及其制备方法，解决钠离子电池正极材料存在钠离子扩散动力学较差、电化学循环性能不佳和载体材料结构稳定性差等关键问题。

本发明采用以下技术方案：

一种基于纳米纤维骨架的钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将钠盐、锰盐和酒精进行球磨混合，经干燥研磨得到粉末前驱体；经煅烧后冷却至室温得到Na_0.44MnO₂单晶；

S2、将Na_0.44MnO₂单晶与PVP和蒸馏水制成静电纺丝溶液，采用静电纺丝法制备Na_0.44MnO₂纳米纤维材料；

S3、采用研磨工艺通过碳化处理形成碳材料包覆Na_0.44MnO₂钠离子电池正极材料。

具体的，步骤S1中，钠盐和锰盐分别为Na₂CO₃，Mn₂O₃，按n(Na)/n(Mn)＝0.4～0.5摩尔比研磨，酒精的量为钠盐和锰盐总量的5％～10％。

具体的，步骤S1中，干燥研磨的温度为40～50℃，研磨时间为4～6h。

具体的，步骤S1中，将粉末前驱体在马弗炉中在200～350℃煅烧7～9h以分解碳酸盐，再在700～900℃下煅烧8～10h，冷却至室温得到Na_0.44MnO₂单晶。