[發(fā)明專利]一種鈉離子電池負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108598462B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓景賓;趙亞軍;尹青;衛(wèi)敏
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/36;H01M10/054
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 劉奇

本發(fā)明提供的鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括如下步驟：提供包含二價過渡金屬離子和三價過渡金屬離子的混合水溶液，所述二價過渡金屬離子包括鈷離子、亞鐵離子或鎳離子，所述三價過渡金屬離子包括鐵離子、三價鈷離子或三價錳離子，所述二價過渡金屬離子與三價過渡金屬離子的摩爾比為2～3:1；在保護(hù)氣氛下，將所述混合水溶液的pH值調(diào)節(jié)至8，得到預(yù)反應(yīng)液；將所述預(yù)反應(yīng)液依次進(jìn)行晶化反應(yīng)、洗滌和干燥，得到水滑石；將所述水滑石進(jìn)行燒結(jié)，冷卻得到鈉離子電池負(fù)極材料。本發(fā)明制備得到的鈉離子電池負(fù)極材料具有高儲鈉容量，且在首次放電過程中達(dá)到1140mAh/g。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鈉離子電池負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)衡量電池材料的性能指標(biāo)主要為能量密度、充放電倍率和循環(huán)性能等，如鋰電池就是應(yīng)用較為廣泛的一種電池材料，被廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、電動工具、小功率電動汽車等多個領(lǐng)域。隨著電子行業(yè)的不斷發(fā)展，市場對電池材料需求量不斷增加，鋰資源面臨著資源短缺的問題。因此，亟需一種高能效、資源豐富且環(huán)境友好的電池儲能材料。

鈉相對于鋰而言，屬于較為豐富的一類資源，隨著鋰離子資源的不斷減少，發(fā)展鈉離子電池的需求越來越迫切。在鈉離子電池材料領(lǐng)域，正極材料發(fā)展較多，但可用的負(fù)極材料十分有限。近來，過渡金屬氧化物/氫氧化物用于鈉離子電池負(fù)極材料的報道越來越多，但鈉離子電池負(fù)極材料的充放電容量較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鈉離子電池負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的制備方法能夠制備得到穩(wěn)定性較好的鈉離子電池負(fù)極材料。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)提供包含二價過渡金屬離子和三價過渡金屬離子的混合水溶液，所述二價過渡金屬離子包括Co²⁺、Fe²⁺或Ni²⁺，所述三價過渡金屬離子包括Fe³⁺、Co³⁺或Mn³⁺，所述二價過渡金屬離子與三價過渡金屬離子的摩爾比為2～3:1；

(2)在保護(hù)氣氛下，將所述步驟(1)得到的混合水溶液的pH值調(diào)節(jié)至8，得到預(yù)反應(yīng)液；

(3)將所述步驟(2)得到的預(yù)反應(yīng)液依次進(jìn)行晶化反應(yīng)、洗滌和干燥，得到水滑石；

(4)將所述步驟(3)得到的水滑石進(jìn)行燒結(jié)，冷卻得到鈉離子電池負(fù)極材料。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中混合水溶液中二價過渡金屬離子的濃度為0.16M。

優(yōu)選地，所述步驟(3)中晶化反應(yīng)的溫度為100～150℃，晶化反應(yīng)的時間為20～25h。

優(yōu)選地，所述步驟(3)中水滑石的粒徑為90～200nm。

優(yōu)選地，所述步驟(4)中燒結(jié)的溫度為400～420℃，燒結(jié)的時間為3～4h。

本發(fā)明提供了上述方案所述制備方法制備得到的鈉離子電池負(fù)極材料，化學(xué)組成M¹₃O₄@M²₃O₄，M¹包括Co元素、Fe元素或Ni元素，M²包括Fe元素、Co元素或Mn元素，所述鈉離子電池負(fù)極材料為具有介孔的片層狀結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供了包括上述方案所述的鈉離子電池負(fù)極材料的鈉離子電極負(fù)極片。

本發(fā)明提供了上述方案所述鈉離子電極負(fù)極片的制備方法，包括以下步驟：

將上述方案所述鈉離子電池負(fù)極材料、乙炔黑和聚氟乙烯溶液混合，得到漿料；