[发明专利]一种高负载自支撑NaxCoO2微米级团簇钠离子电池正极的制备方法

说明书

本发明提供了一种高负载自支撑的Na_xCoO₂微米级团簇的制备方法。具体是将泡沫镍裁剪成3×7cm²，用稀盐酸超声清洗之后继续用大量水冲洗。单个Na_xCoO₂纳米团簇宽度为1～1.5μm，厚度为6～10μm，Ni网上单位面积Na_xCoO₂活性物质量高达8～12mg cm^‑2。所述的Na_xCoO₂微米级团簇钠离子电池正极片以六水合硝酸钴、氟化铵、尿素和氢氧化钠为原材料。在水热条件下发生化学反应，并分别在空气和氮气中退火。该钠离子电池正极材料合成方法简单，同时单位面积活性物质质量高达8～12mg cm^‑2，在100mA g^‑1的电流密度下对应的面积比容量甚至可以达到1.4mAh cm^‑2。由Na_xCoO₂纳米团簇正极片组装成的钠离子半电池循环性能稳定，在钠离子电池中具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种新型的阵列型钠离子电池材料，特别涉及一种微米级团簇结构的Na_xCoO₂钠离子电池阵列材料的制备方法，属于钠离子电池领域。

背景技术

随着当前储能设备的发展，锂离子电池储能设备开始在我们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。但是当前锂离子电池主要是应用于如手机、数码相机、笔记本等便携式电子产品中，而在大型交通运输设备如电动车方面的应用仍然面临不少困难，其中的挑战之一便是成本问题。由于地球上锂资源的储量相当有限，而锂又是锂离子电池的必备原料，因此成本问题是限制锂离子电池大规模应用的重要原因。钠元素在地球上的储量远多于锂，因此研究钠离子电池应用对于解决锂离子电池的成本问题具有重要意义。最近，Na_xCoO₂作为一种新型的钠离子电池正极材料开始走入研究人员的视野，其具有与LiCoO₂锂离子电池正极材料相当的离子扩散系数，存在极大的潜在应用价值。但是当前报道的Na_xCoO₂材料仅仅局限于粉末材料，且相关研究相当有限，关于Na_xCoO₂阵列材料的相关研究鲜有报道，因此对Na_xCoO₂钠离子正极阵列材料进行深入研究具有重要意义。本专利发明了一种制备自支撑Na_xCoO₂微米级团簇的方法，同时这种阵列材料在Ni集流体上具有8～12mgcm^-2的高负载量，与Ni基底接触紧密，组装成钠离子电池具有稳定的电化学性能和高面积比容量，具有极大的潜在应用价值。

发明内容

本发明的目的在于以六水合硝酸钴、氟化铵、尿素为原料以Ni网为基底，通过水热反应利用高温高压环境制备出无定形的Co₂(OH)₂CO₃阵列前驱体，然后通过高浓度的NaOH对以上前驱体进行钠离子化以及退火制备出Na_xCoO₂阵列材料。本发明所涉及的原料为六水合硝酸钴、氟化铵、尿素，氢氧化钠。材料制备过程中先将六水合硝酸钴、氟化铵、尿素按比例称取，放置于容器中并加入蒸馏水进行搅拌。然后将以上溶液转移到水热釜中并加入处理过的Ni网在80～160℃反应6～24h，制备得到无定形的Co₂(OH)₂CO₃纳米阵列。然后将Co₂(OH)₂CO₃阵列置于1～10M NaOH溶液中在80～150℃环境下保持8～24h。最后将以上纳米阵列直接置于空气中550-650℃退火6～12h，得到Na_xCoO₂纳米片阵列。

本专利发明的Na_xCoO₂纳米片阵列钠离子正极材料及其制备方法具有以下特点：