[发明专利]一种高能量密度的钠离子电池Na0.67

权利要求书

1.一种钠离子电池的制备方法，具体步骤如下：

第一、室温下，室温下，将一定质量的碳酸钠Na₂CO₃、三氧化二锰Mn₂O₃、三氧化二铁Fe₂O₃及氧化镍NiO按照Na∶Mn∶Fe∶Ni化学计量比为0.67∶0.65∶0.2∶0.15均匀混合，称量上述混合均匀的物料粉末10.0000g，然后添加到转入行星式球磨机的溶剂为200ml的球磨罐中，设置球磨机功率参数为1000W，转速100～1000rpm，球料比10∶1，球磨时间为30～500min，球磨过程中保持体系温度为22～25℃；

第二、球磨结束后，将所得前驱体混合物转入压片机模具内压实，压片厚度为10mm、压片压力10～20MPa，压片模具直径为10～80mm，将压实后的片状材料置于刚玉舟中，送入微波烧结炉内，调整微波烧结炉功率1600W～5000W，升温速率5～20℃/min，在烧结过程中保持Ar气流量200mL/cm³，待升温至500～1200℃后持续保温烧结1～16h，然后冷却至室温，最后转入氩气气氛保护手套箱中保存，即可得到Na_0.67Mn_0.65Fe_0.2Ni_0.15O₂三元正极材料；所述三元正极材料为P2型单一相Na_0.67Mn_0.65Fe_0.2Ni_0.15O₂，属于六方晶系；微观形貌为规整层状结构，表面均匀光滑、结晶度高；

第三、三元正极材料表面包覆高导电率碳的处理方法：在室温下取P2型单一相Na_0.67Mn_0.65Fe_0.2Ni_0.15O₂块体材料5g；放于剪切力机械打磨粉碎机的打磨罐中，罐的总体积500mL，转速800～29000转/分钟，设备工作功率可调800～1200W，为了防止材料在粉碎过程中表面结构变化，罐体温度控制在25℃；工作时间为5～30分钟；能得到直径15微米的Na_0.67Mn_0.65Fe_0.2Ni_0.15O₂颗粒；

第四、开启剪切力机械打磨粉碎机的打磨罐，将上第三步骤所得粉末添加0.15～0.6克石墨烯粉体材料，其中石墨烯粉体材料的单层石墨烯片层厚度为6～11nm，材料比表面积为1800m²g^-1；设定粉碎机的转速为1000～29000转/分钟，打磨功率为600～1200W，设置打磨时间为2～10分钟，罐体温度控制在25℃；便获得表面包覆石墨烯材料的Na_0.67Mn_0.65Fe_0.2Ni_0.15O₂颗粒；

第五、将第四步骤所得到的表面包覆石墨烯材料的Na_0.67Mn_0.65Fe_0.2Ni_0.15O₂颗粒，装配钠离子电池：以表面包覆石墨烯材料的Na_0.67Mn_0.65Fe_0.2Ni_0.15O₂颗粒、聚偏氟乙烯PVDF、乙炔黑导电剂的质量比为8∶1：均匀混合，添加N-甲基吡咯烷酮NMP溶剂与活性物质的重量比例为10∶1，放于行星式球磨机的球料比设定为5∶1，转速设定为200rpm，球磨时间设定为30min，得到均一黑色浆料；浆料于厚度25微米的铝箔表面上均匀涂布成薄片，放置于120℃真空干燥箱干燥12小时，得到测试正极材料；负极为厚度0.5mm的分析纯金属钠片，隔膜为多孔Celgard隔膜，电解液的溶质为0.9mol/L六氟磷酸钠、溶剂为体积比1∶1的碳酸乙烯酯EC∶碳酸二乙酯DEC；在惰性氩气气体保护的手套箱中，组装成钠离子电池；静置1天后，在武汉蓝电Land 5V100mA恒电位设备上测试循环稳定性、比容量及倍率性能。