[发明专利]钠离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池正极材料的制备方法，具体涉及一种锰基钠正极材料的制备方法。

背景技术

在石油、煤炭等矿产资源日益紧缺和节能环保被大力提倡的背景下，以风能、太阳能为代表的可再生能源被广泛认为是最具有前景的替代能源。然而，在使用可再生能源发电的过程中，电能的产生具有间歇性的特点，使得电能的输出存在不稳定的问题，进而影响供电的质量和稳定性。大容量储能电池的配备可以从根本上确保稳定的电能输出，满足太阳能、风能等清洁能源安全并网、建立小型离网电站和发展智能电网的需要。

规模化储能技术要求储能电池具有安全性高、性价比高、使用寿命长、和环境友好的特点，但是现有的储能技术，诸如锂离子电池、全钒液流电池、钠硫电池、铅酸电池等，均不能很好地满足大规模储能的需要。针对这一现状，有必要基于一种储量丰富的元素发展低成本、长寿命、环境友好的储能电池。在地球表面上，钠以化合物的形态大量存在于盐湖、海水、井矿中，不仅储量十分丰富，还对生态环境友好，因此，基于钠元素形成的高性能的钠离子电池，成为满足要求的选择之一，具有潜在的市场前景。

美国专利申请US20090253025A1公开了一种以钠离子为主的水系可充电式混合电池及其制备方法，包括一种以NaMnO₂作为正极材料、以活性炭作为负极材料、以Na₂SO₄作为电解质构成的钠离子储能装置, 其工作原理与锂离子电池的工作原理相似，通过充放电过程中钠离子的“摇椅”式的往复运动来实现电能与化学能之间的转换，其中的正极活性物质NaMnO₂的性质对电池的充放电性能与循环寿命起着决定性的作用。NaMnO₂包括两种晶型，单斜相的α- NaMnO₂和正交相的β- NaMnO₂ ；其中，α- NaMnO₂遇水反应可形成层状的水合物NaMnO₂·H₂O, 该水合物能够在反复脱嵌钠离子10000次的情况下保持结构稳定不变。由此可见，美国专利申请US20090253025A1公开的水系钠离子电池中，对电化学性能发挥有益作用的是NaMnO₂的水解产物NaMnO₂·H₂O。

α- NaMnO₂通常将等化学计量比的原料混合后用固相法合成，包括在惰性气体保护气氛下和空气中进行。Electrochemical Properties of Monoclinic NaMnO₂ ( Xiaohua Ma et al. Journal of the Electrochemical Society, 158(12) A1307-1302(2011) )公开了一种在惰性气体保护下的制备方法，将具有化学计量比的Na₂CO₃和Mn₂O₃先进行研磨混合，然后在700 ℃的温度下进行焙烧，焙烧后得到的产物中存在部分未反应的氧化锰，最后还需要在Ar气流中处理一段时间。A new cheap asymmetric aqueous  supercapacitor : Activated carbon // NaMnO₂ ( Q.T.Qu et al. Journal of Power Sources, 194(2009) P1222-1225 )公开了一种在空气中焙烧原料制备NaMnO₂的方法，是将ε-MnO₂纳米粉体与Na₂CO₃等化学计量比球磨混合12 h后，再在870℃下焙烧10 h，而无需任何后处理，焙烧后的产物中尽管大部分物相为α- NaMnO₂，但是尚有少量的Na_0.7MnO₂杂质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钠离子电池正极材料的制备方法，提高制备过程中固相反应的速率，并获得较高的转化率。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种钠离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）按照Na : Mn摩尔比大于1的比例将含钠化合物和含锰化合物混合均匀后，在600－1000℃的温度下烧结6-20小时，冷却到室温得到烧结产物。