[發明專利]一種大顆粒亞鉻酸鈉材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201810717818.3
• 申請日: 2018-07-03
• 公開（公告）號: CN109052474B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 杜柯;胡國榮;彭忠東;曹雁冰;王勇;李唯;亓先躍
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01G37/14
• 分類號: C01G37/14;H01M4/58;H01M10/054
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 魏娟

本發明涉及一種大顆粒亞鉻酸鈉材料的制備方法及應用，屬于鈉離子電池技術領域。本發明所述的方法將重鉻酸鈉放入坩堝中，在還原氣氛下焙燒，控制焙燒溫度為800～900℃，保溫時間為3～24h。焙燒完成后，隨爐冷卻，得到的產物即為NaCrO₂材料。本發明所述的方法制備得到的大顆粒NaCrO₂的粒徑為10～1000μm，具有優異的電化學性能和較高的振實密度；制備過程簡易，原料低廉，產物單一，低耗環保，便于實現規模化生產，將所制備的亞鉻酸鈉材料作為正極材料應用于鈉離子電池中，所得鈉離子電池具有高比容量、良好倍率性能和優異的循環穩定性能。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池技術領域，具體涉及一種大顆粒亞鉻酸鈉材料的制備方法及應用。

背景技術

在眾多儲能技術中，鋰離子電池以其容量高，能量密度大、循環壽命長的等優點受到青睞。然而，鋰資源在地殼中的儲量有限，電動車和電網儲能對鋰離子電池的大規模應用將會使地球上的鋰資源出現供不應求的狀態。與鋰同一主族的鈉是地殼中最豐富的元素之一，含量高達2.3％，含鈉礦物質的價格要遠低于含鋰礦物質原料，因此將低成本的鈉離子電池應用到大規模儲能中將是一個較好的選擇。

目前，針對鈉離子電池正極材料的研究報道已經很多，層狀過渡金屬氧化物Na_xMO₂(M＝Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni等)因其具有較高的電化學活性且合成工藝可控成為人們研究的熱點。其中，NaCrO₂材料在電壓區間2.0-3.6V(對Na⁺/Na)內，能夠可逆脫嵌0.48mol的鈉離子，放電比容量達120mAh/g，電壓平臺接近3.0V，同時展現出優異的循環可逆性。此外，NaCrO₂材料具有較高的熱穩定性，當溫度升高到350℃，部分脫鈉后的Na_0.5CrO₂不與有機溶劑發生反應，其熱穩定性優于鈷酸鋰和磷酸鐵鋰。因此，該材料被認為是極具研究價值和應用前景的鈉離子電池正極材料。

目前制備合成NaCrO₂一般采用高溫固相法，即將鈉源與鉻源充分混勻后，再置于高溫下燒結，為了防止Cr³⁺被氧化成Cr⁶⁺，需要保持惰性燒結氣氛。此工藝在制備過程中影響因素較多，鈉、鉻元素在混合時容易偏析形成雜相，進而影響產物的純度。

發明內容

針對現有技術中的不足，本發明的第一個目的在于提供一種振實密度高的大顆粒亞鉻酸鈉(NaCrO₂)材料的制備方法，采用廉價易得的單一原料重鉻酸鈉同時作為鈉源和鉻源，無需配料和混料，在還原性氣氛下一步煅燒即可合成大顆粒產物NaCrO₂，制備過程簡易，低耗環保。

本發明的第二個目的在于將上述制備的亞鉻酸鈉材料作為正極材料應用于鈉離子電池中，所得鈉離子電池具有高比容量、良好倍率性能和優異的循環穩定性能。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

將重鉻酸鈉置于還原氣氛下，于800～900℃焙燒，所得產物即為NaCrO₂材料。

在本發明的技術方案中，僅以單原料重鉻酸鈉同時作為鈉源和鉻源，在還原性氣氛下一步焙燒即可獲得NaCrO₂正極材料。整個制備過程極其簡單，低耗環保適合于工業化生產。