[發明專利]利用雙模板劑制備高性能鈉離子電池正極材料的方法

在審

• 申請號: 201810175773.1
• 申請日: 2018-03-02
• 公開（公告）號: CN108470906A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 代冬梅;李苞;劉曉陽;牛瑾;王新博;常照榮;湯宏偉
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/054;B82Y40/00
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發明公開了一種利用雙模板劑制備高性能鈉離子電池正極材料的方法，具體步驟為：配制極性高分子聚合物和表面活性劑的雙模板劑溶液、堿溶液及過渡金屬鹽溶液；將極性高分子聚合物和表面活性劑的雙模板劑溶液加入到反應釜中，于15?70℃攪拌的條件下同時加入堿溶液和過渡金屬鹽溶液進行反應，反應結束后陳化，然后冷卻，離心洗滌，再用洗滌劑洗滌，離心分離后烘干得到片狀前驅體；將片狀前驅體與鈉鹽混合均勻后于600?1200℃燒結6?48h得到高性能鈉離子電池正極材料。本發明所制得的鈉離子電池正極材料能夠提高鈉離子電池的電化學性能，使鈉電池電池正極材料具有較高的放電比容量和較好的循環穩定性。

技術領域

本發明屬于化學電源材料的制備及鈉離子電池正極材料技術領域，具體涉及一種利用雙模板劑制備高性能鈉離子電池正極材料的方法。

背景技術

隨著社會的發展，能源已成為人類社會賴以生存和發展的重要物質基礎，經濟的高速發展使能源的需求和高效轉化與存儲日益增加。另外，可再生能源如風能和太陽能，雖有其優點但缺點也較多，具有效率高、循環壽命長、維護費用低、成本低和綠色環保等特點的電化學儲能受到了人們的關注。雖然鋰離子電池備受人們的青睞，但是鋰資源像化石能源一樣有限，但鈉的儲量遠高于金屬鋰。鈉在自然界中含量豐富，并且具有與鋰相似的性質，鈉離子電池同樣具有高比容量，電壓高等優點，在部分領域可望代替鋰離子電池。

但目前鈉離子電池正極材料的還有不少的缺點，如放電比容量較低、循環穩定性較差等不足，有待進一步改善和提高。因此，如何獲得放電比容量高且穩定性好的鈉離子電池正極材料是目前要解決的問題。本發明通過雙模板劑法能制備出具有納米結構的鈉離子電池正極材料，該正極材料具有比容量高、循環穩定性好等優點。

發明內容

本發明針對目前鈉離子電池正極材料放電比容量低、循環穩定性差的問題而提供了一種雙模板劑法制備高性能鈉離子電池正極材料的方法，制得的納米級鈉離子電池正極材料能夠實現鈉離子電池具有高的充放電容量，且鈉離子電池具有較好的循環穩定性。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，利用雙模板劑制備高性能鈉離子電池正極材料的方法，其特征在于具體步驟為：

（1）配制極性高分子聚合物和表面活性劑的雙模板劑溶液、堿溶液及過渡金屬鹽溶液，其中極性高分子聚合物為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚馬來酸酐或聚季胺鹽中的一種或多種，表面活性劑為聚丙烯酸、十八烷基硫酸鈉、硬脂酸鈉、4-(2-羥乙基)-哌嗪乙磺酸、烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦或聚山梨酯中的一種或多種，堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀或一水合氨中的一種或多種，過渡金屬鹽為可溶性錳鹽、可溶性鎳鹽和可溶性鈷鹽；

（2）將極性高分子聚合物和表面活性劑的雙模板劑溶液加入到反應釜中，于15-70℃攪拌的條件下同時加入堿溶液和過渡金屬鹽溶液進行反應，反應結束后陳化，然后冷卻，離心洗滌，再用洗滌劑洗滌，離心分離后烘干得到片狀前驅體；

（3）將片狀前驅體與鈉鹽混合均勻后于600-1200℃燒結6-48h得到高性能鈉離子電池正極材料，其中鈉鹽為碳酸鈉、乙酸鈉、氯化鈉或硝酸鈉中的一種或多種。

進一步優選，所述極性高分子聚合物和表面活性劑的雙模板劑溶液的pH值為12-13，其中極性高分子聚合物的質量濃度為10-20g/L，表面活性劑的摩爾濃度為10-30mol/L。

進一步優選，所述可溶性錳鹽為硫酸錳、硝酸錳、氯化錳、乙酸錳或草酸錳中的一種或多種，所述可溶性鎳鹽為硫酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳、乙酸鎳或草酸鎳中的一種或多種，所述可溶性鈷鹽為硫酸鈷、硝酸鈷、氯化鈷、乙酸鈷或草酸鈷中的一種或多種。

進一步優選，所述過渡金屬鹽中過渡金屬離子的總摩爾濃度為0.05-0.5mol/L，其中可溶性錳鹽、可溶性鎳鹽與可溶性鈷鹽的摩爾比為1-5:1-4:1-2。