[发明专利]具有强相互作用的阴阳离子共掺杂纳米级钠离子电池正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有强相互作用的阴阳离子共掺杂纳米级钠离子电池正极材料的制备方法，分别配制极性高分子聚合物模板剂溶液、碱溶液、掺杂的阴离子盐溶液和过渡金属盐溶液；将过渡金属盐溶液和碱溶液以及掺杂的阴离子盐溶液同时加入到极性高分子聚合物模板剂溶液中并搅拌反应，陈化后冷却分离、洗涤即可得到纳米片状纳米前驱体；将前驱体与钠盐、锂盐及掺杂的阳离子盐混合均匀后进行高温烧结，待自然冷却后得到阴阳离子共掺杂纳米级钠离子电池正极材料。本发明制备过程简单，并且能够提高钠离子电池正极材料结构的稳定性，获取较好的比容量和循环稳定性。

技术领域

本发明属于钠离子电池正极材料的制备技术领域，具体涉及一种具有强相互作用的阴阳离子共掺杂纳米级钠离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

化石能源的大规模使用带来了能源问题和环境问题，而清洁能源的发展则因为具有时间、空间不连续性受到一定的限制，因此亟需发展高安全、长寿命、低成本的大规模储能和分布式储能材料。在锂离子电池得到广泛应用的今天，虽然在一定程度上起到了缓解能源短缺的作用，但是由于价格原因，在大规模能量存储方面的应用受到较大的限制。基于钠离子电池原材料储量和成本方面的优势，有望在大规模储能和分布式储能等领域获得应用。钠离子电池因具有与锂离子电池相似的工作原理，如果能将钠离子电池有效的利用，将会对绿色环保和可持续发展做出贡献。如今国内外已有不少企业开始布局储能用钠离子电池。

但是钠离子电池的产业化面临着一系列问题，如其正极材料在高能量密度、循环稳定性能、循环寿命、高转化效率和低成本等方面难以兼顾。为了改善钠离子电池的循环使用寿命及能量密度等性能，本发明采用具有强相互作用的阴阳离子掺杂改性纳米级钠离子电池正极材料，该掺杂后的钠离子电池正极材料表现出优良的电化学性能。

发明内容

本发明针对目前钠离子电池正极材料循环稳定性差及能量密度低的问题而提供了一种具有强相互作用的阴阳离子共掺杂纳米级钠离子电池正极材料的制备方法，该方法制得的纳米级钠离子电池正极材料表现出较高的能量密度和较好的循环稳定性。

本发明是在前期研究的基础上，根据钠和锂有相似的结构和性质，采用类似于锂离子电池正极材料的制备方法来改性钠离子电池正极材料。以极性高分子聚合物为模板剂，将过渡金属盐溶液、碱溶液以及掺杂的阴离子盐溶液与极性高分子聚合物模板剂混合后进行化学沉淀反应，恒温反应后经陈化得到纳米层状前驱体，离心洗涤，干燥，将纳米层状前驱体与钠盐、锂盐以及掺杂的阳离子盐研磨混合后烧结，即可得到高性能的钠离子电池正极材料。该钠离子电池正极材料具有能量密度高和循环稳定性好等特点，为实现钠离子电池的进一步应用打下基础。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，具有强相互作用的阴阳离子共掺杂纳米级钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于具体过程为：

步骤S1：分别配制极性高分子聚合物模板剂溶液、掺杂的阴离子盐溶液、碱溶液和过渡金属盐溶液；

所述极性高分子聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、柠檬酸、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、4-(2-羟乙基)-哌嗪乙磺酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚马来酸酐或聚季胺盐中的一种或多种；

所述掺杂的阴离子盐溶液中掺杂的阴离子为Cl^-、Br^-、I^-、S^2-或Se^2-中的一种或多种；

所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾或氨水中的一种或多种；

所述过渡金属盐为可溶性镍盐、可溶性钴盐和可溶性锰盐；

步骤S2：将过渡金属盐溶液、掺杂的阴离子盐溶液和碱溶液加入到极性高分子聚合物模板剂溶液中于15-70℃搅拌反应0.5-5小时，反应结束后陈化0.5-24小时，再用洗涤剂离心洗涤后干燥研磨得到纳米片状前驱体；