[发明专利]一种制备钠离子电池正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备钠离子电池正极材料的方法，按化学计量比称取钠源、铁源和锰源，与高分子聚合物、溶剂混合搅拌均匀，得到纺丝液，在电场和磁场的共同作用下进行纺丝，得到前驱体，在空气中进行热处理，快速冷却后得到P2型的Na_2/3Fe_1/2Mn_1/2O₂。本发明的制备方法在普通静电纺丝的基础上施加一个可控的电磁场，通过控制丝的运行轨迹从而获得了毛线球形样品，该样品具有纳米级尺寸的同时又具有较高的振实密度，使得材料具有良好的电化学性能的同时又保持了较高的体积能量密度。

技术领域

本发明属于电极材料领域和电化学储能领域，涉及钠离子电池正极材料的制备方法，具体涉及一种电磁辅助-静电纺丝制备钠离子电池正极材料Na_2/3Fe_1/2Mn_1/2O₂的方法。

背景技术

近年来，由于锂资源的迅速枯竭，人们正积极寻找可替代的电池体系。钠离子电池由于钠元素丰富的储量和低廉的价格受到广泛关注。Na_2/3Fe_1/2Mn_1/2O₂是一种新型的钠离子电池正极材料，它具有P2型(Na⁺位于三棱柱间隙，AB-BA堆积)和03型(Na⁺位于八面体间隙，ABC-ABC堆积)两种晶体结构，其中P2型的Na_2/3Fe_1/2Mn_1/2O₂理论比容量高达260mAh/g，是一种极具应用前景的储能电池正极材料；然而，较低的电子电导率和离子电导率抑制了其电化学性能(如比容量、循环性能、倍率性能)的发挥。

目前制备P2型Na_2/3Fe_1/2Mn_1/2O₂的方法有高温固相法、共沉淀法和静电纺丝法等。高温固相法虽然流程简单，但原料需长时间混合且难以混合均匀，由于煅烧温度高，使得产物颗粒粗大且粒径分布不均，产品性能较差。共沉淀法工艺流程较为复杂，且易在产物中引入杂质，产品颗粒尺寸较大，容量较低。普通静电纺丝法虽然可以制备出线状纳米级产物，提高材料的离子电导率从而提高其倍率性能，但是材料的振实密度较低，导致产品的体积能量密度低。

上述已见报导制备P2型Na_2/3Fe_1/2Mn_1/2O₂的方法中，制备产物的颗粒粒径较大(一次颗粒多为微米级)，这极大的影响了该材料的离子电导率，从而导致材料的倍率性能不佳。而传统的静电纺丝法制备出来的材料粒径虽然是纳米级的，但是由于丝的无序导致该材料的振实密度低(一般低于0.6g/cm³)，使得材料的能量密度低从而影响其应用前景。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种制备钠离子电池正极材料的方法，以针对性解决现有的静电纺丝法制备的Na_2/3Fe_1/2Mn_1/2O₂振实密度低的问题。

本发明采用电磁辅助-静电纺丝制备Na_2/3Fe_1/2Mn_1/2O₂，在普通静电纺丝的基础上施加一个电磁场对丝的运行轨迹进行控制，纺出毛线球形的材料，从而提高材料的振实密度(可达1.2g/cm³)，与目前商用的锂离子电池正极材料的振实密度相当。

具体的，本发明的制备钠离子电池正极材料Na_2/3Fe_1/2Mn_1/2O₂的方法，包括下述步骤：

S1、按摩尔比Na∶Fe∶Mn＝4∶3∶3称取钠源、铁源和锰源，与高分子聚合物、溶剂混合搅拌均匀，得到纺丝液，备用；