[發明專利]一種鈉離子電池二元正極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310168038.5
• 申請日: 2013-05-06
• 公開（公告）號: CN103311538A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 謝嫚;王曉明;陳人杰;管沛林
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;上海能普實業有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/505;C01G45/00;C01G53/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;郭德忠

技術領域

本發明涉及一種鈉離子電池二元正極材料及其制備方法，其中，具體地說，所述正極材料的組成為(1/2NaNiO₂-1/2Na₂MnO₃)，屬于鈉離子電池技術領域。

背景技術

隨著非再生化石能源的不斷減少及其使用帶來的環境問題，清潔的可再生能源的轉換和儲存逐漸成為人們關注的焦點。迫使人們去開發和尋求潔凈的可再生能源，例如：風能、太陽能以及潮汐能等，而所述可再生能源能量的非連續性和非穩定性使其無法正常地并入電網，只能靠儲能裝置進行暫時儲存，之后再進行利用。在現有的二次電池中，鋰離子電池由于其高能量密度和高電壓等優點，成為純電動車和混合動力汽車最理想的動力電源；在便攜式電子產品市場中，鋰離子電池更是獨占鰲頭。但是，目前鋰離子電池存在最大的問題就是鋰的高生產成本和資源的不足。全球陸地和鹽湖中碳酸鋰的總儲量是4000萬噸，而這只夠生產約10億輛40kWh的電動車所需的鋰離子電池，但現在全球汽車保有量已超過10億輛，而且汽車零排放是必然的趨勢，所以鋰只能循環利用，這樣就進一步提高了鋰離子電池的生產成本。隨著全球汽車保有量的不斷增加，鋰資源的不足就顯得更加明顯。雖然海水中有大量的鋰，但是提取過程相當復雜而且成本很高。

鈉離子電池主要存在的問題在于循環性能較差，不可逆容量損失較大；庫倫效率較低。但在大規模儲能方面，研究者十分青睞鈉離子電池，因為它具有原材料來源廣泛、成本低、能采用分解電壓更低的電解液等特點，降低了生產成本，提高了鈉離子電池的安全性。對于可再生能源長時期和大規模的儲能裝置而言，鈉離子電池的重量和體積要求不是很高，所以鈉離子電池是最合適的選擇；且鈉離子電池的工作機理和鋰離子電池相似。雖然關于它的研究才剛剛起步，但鈉離子電池卻開始逐漸被世界各國研究者關注并成為研究熱點，相信在不久的將來高性能的鈉離子電池能夠被廣泛應用。

鈉離子電池的正極材料是鈉離子電池性能的關鍵所在。目前，文獻所報道的鈉離子電池正極材料中，氧化物材料主要有Na_xCoO₂和Na_xMnO₂，Na_xCoO₂在放電過程中出現多個放電平臺且循環性能不好。Tarascon等用傳統的固相法合成并研究了Na_0.44MnO₂/C作為正極時電池的性能；該材料的倍率性能和容量保持率不好，C/10循環50周后容量衰減一半。傳統的高溫固相法得到的電極材料顆粒大，不利于其電化學性能提高；溶膠-凝膠合成的電極材料易團聚，密度低，對于提高其電化學性能沒有大的突破；而化學共沉淀法通過溶液中的各種化學反應直接得到化學成分均一且粒度小的粉體電極材料。

發明內容

針對現有技術中鈉離子電池循環性能較差，庫倫效率較低的缺陷，本發明的目的之一在于提供一種鈉離子電池二元正極材料，其中，所述正極材料的組成為(1/2NaNiO₂-1/2Na₂MnO₃)，所述正極材料具有優良的循環性能和較高的庫倫效率。

本發明的目的之二在于提供一種鈉離子電池二元正極材料的制備方法，所述方法采用化學共沉淀和高溫煅燒兩步法制備得到的本發明所述的一種鈉離子電池二元正極材料。

為實現本發明的目的，提供以下技術方案。

一種鈉離子電池二元正極材料，所述正極材料的組成為(1/2NaNiO₂-1/2Na₂MnO₃)。

一種本發明所述鈉離子電池二元正極材料的制備方法，所述方法步驟如下：

一、液相反應

（1）將易容于水的氫氧化物溶于水得到氫氧化物溶液；

所述氫氧化物可為氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種；

（2）將可溶性的錳鹽和鎳鹽溶于水中得到鹽溶液；

所述錳鹽優選為氯化錳、硫酸錳或硝酸錳中的一種，鎳鹽優選為氯化鎳、硝酸鎳或硫酸鎳中的一種；

（3）將氫氧化物溶液和鹽溶液混合得到混合液，將混合液攪拌10～30h后，水洗并過濾去掉過量的氫氧化物溶液，真空干燥，得到前驅體；

可在60～100℃下真空干燥6～48h；

步驟（1）～（3）中所述水為純度≥去離子水純度的水；

步驟二、高溫固相燒結