[发明专利]新型钠离子正极材料制备方法

说明书

本发明公开了一种新型钠离子正极材料制备方法，包括以下步骤：(ⅰ)将至少一种过渡金属盐分散超声分散于溶剂中，获得金属盐溶液；(ⅱ)采用电化学沉积的方法制备超薄二维层状金属氢氧化物前驱体；(ⅲ)将步骤(ⅱ)所得前驱体进行相变重构，即得用作钠离子正极材料的层状过渡金属羟基氧化物纳米片阵列。本发明实现了过渡金属羟基氧化物纳米阵列的储钠性质拓展，通过进行深度的相变重构策略，实现了高度可逆的储钠性能且表现出了优异的循环稳定性，可广泛应用于钠离子电池正极材料，不但提供了一种全新的制备新型钠离子正极材料的合成方法，而且得到了一类具有优异电化学性能和储能性能的过渡金属羟基氧化物纳米阵列材料。

技术领域

本发明属于无机纳米材料合成领域，具体涉及一种新型钠离子正极材料制备方法。

背景技术

近年来，智能电网的快速搭建，对于功能系统的需求量大幅度增长，加速了储能市场的研究进展。目前的储能市场，已逐渐实现了从笨重的铅酸电池向质轻锂离子电池的过渡，在一定程度上实现了电子设备的续航里程的飞跃。但是，作为电池核心原料的锂资源地壳存储量小，分布不均匀，开采困难等问题，导致了锂离子电池的价格常年居高不下。

针对锂资源匮乏的问题，人们开始将目光转移至原料储量更为丰富的其他电池体系中。其中，钠离子电池具有以下优势：(1)原材料储量丰富，价格低廉，大大地降低了电池成本；(2)由于钠盐特性，允许使用低浓度电解液，降低成本；(3)钠离子不与铝形成合金，负极可以采用铝箔为集流体，可以进一步降低成本和自重。但是由于钠离子比锂离子更大，需要更大的能量来驱动离子的运动，这导致了钠离子电池商业化应用的困难。同时，钠离子无法使用石墨作为嵌钠离子的负极材料，阻碍了钠离子电池的规模化应用进程。

钠离子电池研究最早开始于上世纪八十年代前后，由于一直无法匹配到合适的电极材料，导致其发展缓慢，因此寻找合适的钠离子电极材料是钠离子储能电池实现实际应用的关键之一。近些年来，针对钠离子电池的特点已开发了一系列的正负极材料，实现了比容量和循环寿命方面的大幅度提升。正极采用作为正极的聚阴离子类、普鲁士蓝类、氧化物类材料，特别是层状结构的Na_xMO₂(M＝Fe、Mn、Co、V、Ti)材料展现了很好的充放电比容量和循环稳定性，负极则采用硬碳、过渡金属硫化物、硒化物等，实现了与正极容量的匹配。但目前来看，上述正负极材料制备的钠离子电池的性能还无法满足大规模商业化应用。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在适用于钠离子的电极材料种类匮乏、电池性能低下、稳定性差的缺点而提出的，其目的是提供一种新型钠离子正极材料制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种新型钠离子正极材料制备方法，包括以下步骤：

(ⅰ)将至少一种过渡金属盐分散超声分散于溶剂中，获得金属盐溶液；

(ⅱ)采用电化学沉积的方法制备超薄二维层状金属氢氧化物前驱体；

(ⅲ)将步骤(ⅱ)所得前驱体进行相变重构，即得用作钠离子正极材料的层状过渡金属羟基氧化物纳米片阵列。

在上述技术方案中，所述过渡金属盐为Co(NO₃)₂、Ni(NO₃)₂、Mn(NO₃)₂、CoCl₂、NiCl₂、MnCl₂、FeCl₂、FeCl₃、TiCl₄、VCl₃、CoSO₄、NiSO₄、MnSO₄、FeSO₄中的任意一种或多种。

在上述技术方案中，所述过渡金属盐的浓度为0.02M～0.2M。