[发明专利]Na

说明书

本发明公开了一种Na₂Mn₃O₇的制备方法，包括以下步骤：S1将一定量的钠源、锰源、对苯二甲酸和聚乙烯吡咯烷酮溶于乙醇与二甲基甲酰胺的混合溶剂，搅拌均匀；S2加热反应；S3自然冷却；S4抽滤并干燥得到前驱体；S5将前驱体升温至800‑1100℃，在空气氛围下煅烧，获得Na₂Mn₃O₇。本发明提供的Na₂Mn₃O₇的制备方法，操作简单、周期短、成本低。本发明还公开Na₂Mn₃O₇在钠电池材料上的应用。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体地说，涉及一种Na₂Mn₃O₇的制备方法以及Na₂Mn₃O₇在电池材料上的应用。

背景技术

目前锂离子电池在电子及电动车产业领域中被广泛应用，但随着下游电子产品的普及推广以及国家相关政策对新能源汽车的持续支持和市场需求的强劲增长，使得新能源产业呈现爆发式发展，带动上游锂离子电池关键原材料碳酸锂需求增大，预计未来供需缺口还可能继续扩大。然而，锂资源在地球上的储量并不丰富，持续的消耗必将伴随着锂资源的逐步枯竭。美国地质调查所2015年的最新数据表明，世界已查明的锂资源量约为3950万吨，储量约1350万吨。其主要集中在南美洲如智利、阿根廷和玻利维亚，其次是澳大利亚和加拿大，其价格由1991年锂离子电池面世以来已翻了数倍。另据锂业分会统计，2015年初电池级碳酸锂价格4.3万元/吨，年底报价已至12.3万元/吨，上涨近3倍，截至2016年2月18日，电池级碳酸锂已达到15万-16万元/吨。相较于锂资源的有限储量以及不均衡分布，钠资源十分丰富且广泛分布与地表和海洋，约占地壳元素储量的2.64%。从材料本身的成本来看，钠仅为锂的二十分之一。即使增加其他材料，成本至少也可以降到原先成本的一半以下。因此，钠离子电池是一种非常有前景的二次电池，特别是在对电池的体积能量密度要求不高的大规模储能方面拥有广泛的应用前景。当前国际市场锂离子电池正极材料LiCoO2的价格持续上涨，给锂离子电池生产企业带来巨大压力的情况下，开发出低成本的钠离子电极材料具有重大意义。

当前，钠离子电池的正极材料主要分为两大类型，即聚阴离子型和氧化物型。聚阴离子具有较多的氧离子和配位空间，故往往可以与过渡金属离子构成相互连接的空间聚联结构。但是聚阴离子化合物普遍存在比容量低、压实密度小等缺点。氧化物型的材料主要代表是层状NaxMO₂（M = Mn，Co，Fe，Cr，Ni）型氧化物，这类材料的特点是容量高和多电压平台，但是电压平台稍低以及充放电循环过程中大多存在多个相变过程导致结构不稳定，因此大大限制了它们的实际开发利用。因此，寻找既有较高比容量又具备循环稳定性的氧化物型材料迫在眉睫。在NaxMO₂（M = Mn，Co，Fe，Cr，Ni）型氧化物体系中，NaxMnO₂体系因为Mn元素的无毒无害性、价格相对低廉以及较高的比容量的优点，受到了学界广泛的研究。例如，P2-Na_0.6MnO₂材料首圈可以获得150mAh/g的容量，但是仅仅经过10次循环后就衰减了一半的容量，循环稳定性极差；同样的循环性能也体现在O3-NaMnO₂体系中。近期，Na_0.31MnO_1.9和NaMn₃O₅作为新型钠锰氧化物被报道。前者虽然表现出较好的循环性能，但是比容量太低（小于100mAh/g）；后者虽然有较高的比容量，但是循环稳定性太差。因此，目前报道的钠锰氧化物系列材料不能满足产业化的要求。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种Na₂Mn₃O₇的制备方法。