[發明專利]一種無相變的正負極兩用的鈉離子電池材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110281805.8
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113054185A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 章根強;彭波
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/525;H01M4/131;H01M10/054;C01G53/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 夏菁

本發明提供了一種無相變的正負極兩用的鈉離子電池材料，化學式為Na_0.7Ni_0.25Fe_0.2Ti_0.55O₂。本發明提供的正負極兩用的電池材料組裝而成的全電池循環壽命長，無相變，穩定性高，安全性好，成本低廉，是鈉離子電池的理想電極材料。另外，本發明提供的兩用電極材料合成工藝簡單，易于控制，產率高，價格低廉，容易大批量生產。

技術領域

本發明涉及電化學技術領域，尤其涉及一種無相變的正負極兩用的鈉離子電池材料及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，由于全球變暖和嚴重的環境污染，可再生清潔能源受到了廣泛的關注。然而，這些可再生能源，例如地熱能、風能和太陽能存在固有的間歇性和地區不均勻的缺點，使其直接作為能源輸出時效率不高。因此發展合適的大規模電能源儲存系統器件來平衡用電高峰和低峰變得十分重要。

鈉離子電池由于其豐富的鈉資源以及高的能量轉換效率而被認為是大規模儲能設備中最有前景的候選物之一。盡管如此，對于鈉離子電池的全電池研究仍然處于初始階段。其主要的瓶頸就是開發合適的正負極材料。目前被大家廣泛研究的正極材料為層狀氧化物，負極材料主要是碳基材料。但是當這兩種材料組裝成全電池時，由于碳材料的嵌鈉電位相對較低，這會導致熱失控，從而使得電池產生安全問題。因而這類材料不適用對長循環和安全性要求極高的大規模能源儲存設備。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種無相變的正負極兩用的鈉離子電池材料及其制備方法和應用，制備的無相變的正負極兩用的鈉離子電池材料具有優異的循環穩定性，能夠同時用于正極和負極材料。

為達到上述目的，本發明提供了一種無相變的正負極兩用的鈉離子電池材料，化學式為Na_0.7Ni_0.25Fe_0.2Ti_0.55O₂。

本發明創造性的開發了一種層狀氧化物，同時能夠用于正極和負極材料，由于正負極材料都是層狀氧化物，能夠支持電池過充，緩沖電池產生的體積膨脹(由于在充放電過程中正負極的體積膨脹剛好相反)，同時極大的降低了材料的制備成本以及簡化制備過程，極大的提高了鈉離子電池的實際應用前景。

本發明提供了上述無相變的正負極兩用的鈉離子電池材料的制備方法，包括以下步驟：

A)將鈉源化合物、鎳源化合物、鐵源化合物、鈦源化合物按照摩爾比與螯合劑溶解于水中后，加熱揮發溶劑，得到凝膠前驅體；

B)將所述凝膠前驅體干燥后進行研磨，得到前驅體粉末；

C)將所述前驅體粉末依次經過第一次煅燒、第二次煅燒，得到正負極兩用的鈉離子電池材料。

優選的，所述鈉源化合物選自醋酸鈉、碳酸鈉、硝酸鈉、草酸鈉和檸檬酸鈉中的一種或多種；

所述鎳源化合物選自醋酸鎳，硝酸鎳，草酸鎳，硫酸鎳和氯化鎳中的一種或多種；

所述鐵源化合物選自醋酸鐵，硝酸鐵，草酸鐵，硫酸鐵和氯化鐵中的一種或多種；

所述鈦源化合物選自鈦酸四丁酯，四氯化鈦，鈦酸四乙酯，異辛醇鈦，鈦酸異丙酯，硫酸氧鈦中的一種或多種；

所述螯合劑選自檸檬酸、草酸、酒石酸和乙二胺四乙酸中的一種或多種。

優選的，所述第一次煅燒的升溫速率為2～10℃/min，升溫至350～600℃，保溫至前驅體粉末充分分解；

所述第二次煅燒的升溫速率為2～10℃/min，升溫至800～1000℃，保溫10～24h至形成無雜相的P2相結構；

所述第一次煅燒、第二次煅燒在空氣氣氛下進行。