[发明专利]一种用于电池正极的复合材料的制备方法

说明书

本发明为一种用于电池正极的复合材料的制备方法。该方法通过真空抽滤形成NMO‑RGO复合材料膜，高温处理直接得到电极片，省去了通过添加粘结剂和导电剂制极片的过程。利用该复合材料作为正极，Zn片作为负极，钠盐和锌盐混合溶液作为电解液，组成的新型水系钠离子电池在100 mA g^‑1的电流密度下经过30循环，放电比容量仍然能稳定在42 mAh g^‑1左右，循环性能优良，并且安全性能好，无污染。该电池是一种绿色低成本的极具市场前景的二次电池。

技术领域

本发明涉及水系钠离子电池正极材料的技术领域，特别涉及一种用于水系钠离子电池正极的NMO-RGO复合材料的制备方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，不可再生能源不断被消耗。为了解决能源危机，我们必须开发新的可再生能源。以太阳能和风能为代表的可再生能源，产生的电能大小严重依赖于天气、季节、时间和地点等自然因素，因而这些自然能源是间歇性的，其产生的不稳定电能不适合直接输入正常的电网。大规模储能技术可以有效地解决这一问题，近年来引起社会关注。在各种储能方式中，效率高、成本低、运用灵活的电化学储能得到了广泛的研究与应用。而在电化学储能中，二次电池使用和维护最为方便，因此成为关注的焦点。然而，现有的二次电池技术还有一定的缺陷，不能满足大规模储能的要求。例如，铅酸电池、镍镉电池含有大量重金属元素，容易造成环境污染，并且电池寿命短、安全性差，在储能市场中逐渐被淘汰；钠硫电池、镍氢电池虽然应用空间很大，但是制作工艺复杂，生产成本高，且存在技术瓶颈，因而发展收到限制；锂离子电池目前在市场上应用最广，其具有能量密度高，循环寿命长，倍率性能好等优点，在技术上可以满足储能系统的要求，但其使用有机电解液，容易发生易燃易爆的危险，且废弃电池会对环境产生污染，加上地球上金属锂的资源非常有限，这迫使人们去研发新的电池体系来代替锂离子电池。

钠的电化学性质和锂非常相似，半电池电势仅比锂高0.3V，且储量丰富，价格低廉，所以发展钠离子电池具有重要的战略意义。在20世纪80年代，科研者就展开了对钠离子电池正负极材料的研究，但由于早期有关储钠反应的正负极材料体系大多简单地移植锂离子电池中成功应用的材料结构，而没有充分考虑储钠反应对于主体晶格结构的特殊要求，因而均以失败告终。近年来，人们根据钠离子自身特点，设计出一系列有机溶剂钠离子电池，在循环寿命和能量利用率方面基本达到了应用要求。CN 105810920 A公开了一种有机体系钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下工艺步骤：将CH₃COONa·3H₂O，TiO₂，(NH₄)₂HPO₄按一定的摩尔比例与丙酮一起球磨，干燥，研磨成粉末，在空气中于进行第一步煅烧；然后将得到的粉末与碳源一起球磨，在保护气氛中于高温下进行第二步煅烧，制备得到碳包覆的NaTi₂(PO₄)₃。该材料结构稳定，电导率高，且利用有机电解液组成钠离子电池，其循环性能好，容量相对较高。但是，有机体系具有易燃易爆，环境污染等问题，这极大限制了该类型电池的发展。