[發明專利]具有強相互作用的陰陽離子共摻雜納米級鈉離子電池正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201910620335.6
• 申請日: 2019-07-10
• 公開（公告）號: CN110336010A
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 李苞;王曉娟;邱進旭;李再歡;劉曉陽;代冬梅;湯宏偉;常照榮
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;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

本發明公開了一種具有強相互作用的陰陽離子共摻雜納米級鈉離子電池正極材料的制備方法，分別配制極性高分子聚合物模板劑溶液、堿溶液、摻雜的陰離子鹽溶液和過渡金屬鹽溶液；將過渡金屬鹽溶液和堿溶液以及摻雜的陰離子鹽溶液同時加入到極性高分子聚合物模板劑溶液中并攪拌反應，陳化后冷卻分離、洗滌即可得到納米片狀納米前驅體；將前驅體與鈉鹽、鋰鹽及摻雜的陽離子鹽混合均勻后進行高溫燒結，待自然冷卻后得到陰陽離子共摻雜納米級鈉離子電池正極材料。本發明制備過程簡單，并且能夠提高鈉離子電池正極材料結構的穩定性，獲取較好的比容量和循環穩定性。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池正極材料的制備技術領域，具體涉及一種具有強相互作用的陰陽離子共摻雜納米級鈉離子電池正極材料的制備方法。

背景技術

化石能源的大規模使用帶來了能源問題和環境問題，而清潔能源的發展則因為具有時間、空間不連續性受到一定的限制，因此亟需發展高安全、長壽命、低成本的大規模儲能和分布式儲能材料。在鋰離子電池得到廣泛應用的今天，雖然在一定程度上起到了緩解能源短缺的作用，但是由于價格原因，在大規模能量存儲方面的應用受到較大的限制。基于鈉離子電池原材料儲量和成本方面的優勢，有望在大規模儲能和分布式儲能等領域獲得應用。鈉離子電池因具有與鋰離子電池相似的工作原理，如果能將鈉離子電池有效的利用，將會對綠色環保和可持續發展做出貢獻。如今國內外已有不少企業開始布局儲能用鈉離子電池。

但是鈉離子電池的產業化面臨著一系列問題，如其正極材料在高能量密度、循環穩定性能、循環壽命、高轉化效率和低成本等方面難以兼顧。為了改善鈉離子電池的循環使用壽命及能量密度等性能，本發明采用具有強相互作用的陰陽離子摻雜改性納米級鈉離子電池正極材料，該摻雜后的鈉離子電池正極材料表現出優良的電化學性能。

發明內容

本發明針對目前鈉離子電池正極材料循環穩定性差及能量密度低的問題而提供了一種具有強相互作用的陰陽離子共摻雜納米級鈉離子電池正極材料的制備方法，該方法制得的納米級鈉離子電池正極材料表現出較高的能量密度和較好的循環穩定性。

本發明是在前期研究的基礎上，根據鈉和鋰有相似的結構和性質，采用類似于鋰離子電池正極材料的制備方法來改性鈉離子電池正極材料。以極性高分子聚合物為模板劑，將過渡金屬鹽溶液、堿溶液以及摻雜的陰離子鹽溶液與極性高分子聚合物模板劑混合后進行化學沉淀反應，恒溫反應后經陳化得到納米層狀前驅體，離心洗滌，干燥，將納米層狀前驅體與鈉鹽、鋰鹽以及摻雜的陽離子鹽研磨混合后燒結，即可得到高性能的鈉離子電池正極材料。該鈉離子電池正極材料具有能量密度高和循環穩定性好等特點，為實現鈉離子電池的進一步應用打下基礎。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，具有強相互作用的陰陽離子共摻雜納米級鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于具體過程為：

步驟S1：分別配制極性高分子聚合物模板劑溶液、摻雜的陰離子鹽溶液、堿溶液和過渡金屬鹽溶液；

所述極性高分子聚合物為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、檸檬酸、羧甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、4-(2-羥乙基)-哌嗪乙磺酸、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；

所述摻雜的陰離子鹽溶液中摻雜的陰離子為Cl^-、Br^-、I^-、S^2-或Se^2-中的一種或多種；

所述堿溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀或氨水中的一種或多種；

所述過渡金屬鹽為可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽和可溶性錳鹽；

步驟S2：將過渡金屬鹽溶液、摻雜的陰離子鹽溶液和堿溶液加入到極性高分子聚合物模板劑溶液中于15-70℃攪拌反應0.5-5小時，反應結束后陳化0.5-24小時，再用洗滌劑離心洗滌后干燥研磨得到納米片狀前驅體；