[发明专利]一种Na3

说明书

本发明属于钠离子电池技术领域，特别涉及一种Na₃M₂XO₆颗粒组装的空心纤维及其静电纺丝技术制备的方法和应用。所述Na₃M₂XO₆颗粒中，M选自Ni、Cu、Co中至少一种，X选自Sb、Bi中的至少一种；所述空心纤维的长径比大于等于19.41，所述Na₃M₂XO₆颗粒的平均粒径为30‑170nm，所述空心纤维的直径为80‑380nm。本发明通过静电纺丝技术制备的所述空心纤维。本发明制备工艺简单、反应过程各参数具体可调可控、重复性好，能够获得细小Na₃M₂XO₆颗粒组装成的空心纤维结构。所得空心纤维用作钠离子电池正极时，展现出优异的电学性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，特别涉及一种Na₃M₂XO₆颗粒组装的空心纤维及其静电纺丝技术制备的方法和应用。

背景技术

随着电子产品、电动汽车以及智能电网等领域的快速发展，人们对可再生能源（如太阳能、风能和地热能）的需求日益增大。尽管锂离子电池性能优异，但锂资源在地球上的储量有限、分布不均匀，导致锂资源日渐匮乏且成本居高不下，严重制约着锂离子电池的发展。近年来，关于钠离子电池作为化学储能体系的研究越来越多。这是因为钠资源储量丰富、分布广泛、成本低廉，而且钠和锂位于同一主族，理化性质相似，充放电工作原理相似。因此，发展钠离子电池以将其应用于大规模储能领域具有重大现实意义。

目前，钠离子电池的科学研究离实用化还有较大差距，主要是因为钠离子的半径和质量比锂离子大，离子迁移动力学更缓慢，快速充放电能力受到限制；同时，在循环过程中钠离子的嵌入脱出可能引起电极材料结构破坏以及不可逆相变，严重影响着电池的循环稳定性。因此，开发能够快速且稳定储钠的电极材料是钠离子电池实现实际应用的关键。

在钠离子正极材料中，层状过渡金属氧化物有着较高的理论容量，其二维结构能够有效促进钠离子快速传输，因此得到广泛研究。Delmas等把层状氧化物分为O3、O2、P3、P2等结构，其中：O和P分别表示Na⁺的配位环境，O为八面体，P为三棱柱；数字2和3代表氧原子的堆积方式，2为ABBAABBA…，3为ABCABC…。常见的层状密堆积方式是O3和P2型，O3型氧化物的Na含量比P2型氧化物更高，使得其有着更高的容量。而在O3型氧化物中，蜂窝有序的层状Na₃M₂XO₆材料(M=Ni，Cu，Co；X=Sb，Bi)由于有着相对较高的电压平台和高可逆容量而备受关注。然而，目前的研究大都采用高温固相法来制备蜂窝状层状材料，这样制备的颗粒尺寸较大且粒径分布不均，不利于离子传输；且Na₃M₂XO₆材料的导电性不好，团聚的大颗粒也不利于电子快速传导。到目前为止，采取静电纺丝技术制备蜂窝有序层状Na₃M₂XO₆材料的相关工作鲜有报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种Na₃M₂XO₆颗粒组装的空心纤维钠离子电池正极材料及其制备方法。该方法简单易行、重复性好，能够获得细小Na₃M₂XO₆颗粒组装成的空心纤维结构；纳米纤维相互联结形成三维网络骨架促进了钠离子的可逆脱嵌；空心纤维以及细小Na₃M₂XO₆颗粒具有较大的比表面积，可以暴露丰富的活性位点，加快反应动力学；小尺寸Na₃M₂XO₆纳米颗粒提高了导电性，有利于电子快速传导。因此，有望大幅改善层状金属氧化物的倍率性能和循环稳定性。