[发明专利]一种大颗粒亚铬酸钠材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种大颗粒亚铬酸钠材料的制备方法及应用，属于钠离子电池技术领域。本发明所述的方法将重铬酸钠放入坩埚中，在还原气氛下焙烧，控制焙烧温度为800～900℃，保温时间为3～24h。焙烧完成后，随炉冷却，得到的产物即为NaCrO₂材料。本发明所述的方法制备得到的大颗粒NaCrO₂的粒径为10～1000μm，具有优异的电化学性能和较高的振实密度；制备过程简易，原料低廉，产物单一，低耗环保，便于实现规模化生产，将所制备的亚铬酸钠材料作为正极材料应用于钠离子电池中，所得钠离子电池具有高比容量、良好倍率性能和优异的循环稳定性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种大颗粒亚铬酸钠材料的制备方法及应用。

背景技术

在众多储能技术中，锂离子电池以其容量高，能量密度大、循环寿命长的等优点受到青睐。然而，锂资源在地壳中的储量有限，电动车和电网储能对锂离子电池的大规模应用将会使地球上的锂资源出现供不应求的状态。与锂同一主族的钠是地壳中最丰富的元素之一，含量高达2.3％，含钠矿物质的价格要远低于含锂矿物质原料，因此将低成本的钠离子电池应用到大规模储能中将是一个较好的选择。

目前，针对钠离子电池正极材料的研究报道已经很多，层状过渡金属氧化物Na_xMO₂(M＝Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni等)因其具有较高的电化学活性且合成工艺可控成为人们研究的热点。其中，NaCrO₂材料在电压区间2.0-3.6V(对Na⁺/Na)内，能够可逆脱嵌0.48mol的钠离子，放电比容量达120mAh/g，电压平台接近3.0V，同时展现出优异的循环可逆性。此外，NaCrO₂材料具有较高的热稳定性，当温度升高到350℃，部分脱钠后的Na_0.5CrO₂不与有机溶剂发生反应，其热稳定性优于钴酸锂和磷酸铁锂。因此，该材料被认为是极具研究价值和应用前景的钠离子电池正极材料。

目前制备合成NaCrO₂一般采用高温固相法，即将钠源与铬源充分混匀后，再置于高温下烧结，为了防止Cr³⁺被氧化成Cr⁶⁺，需要保持惰性烧结气氛。此工艺在制备过程中影响因素较多，钠、铬元素在混合时容易偏析形成杂相，进而影响产物的纯度。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的第一个目的在于提供一种振实密度高的大颗粒亚铬酸钠(NaCrO₂)材料的制备方法，采用廉价易得的单一原料重铬酸钠同时作为钠源和铬源，无需配料和混料，在还原性气氛下一步煅烧即可合成大颗粒产物NaCrO₂，制备过程简易，低耗环保。

本发明的第二个目的在于将上述制备的亚铬酸钠材料作为正极材料应用于钠离子电池中，所得钠离子电池具有高比容量、良好倍率性能和优异的循环稳定性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

将重铬酸钠置于还原气氛下，于800～900℃焙烧，所得产物即为NaCrO₂材料。

在本发明的技术方案中，仅以单原料重铬酸钠同时作为钠源和铬源，在还原性气氛下一步焙烧即可获得NaCrO₂正极材料。整个制备过程极其简单，低耗环保适合于工业化生产。