[发明专利]利用多模板剂制备纳米级薄片状钠离子电池正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用多模板剂制备纳米级薄片状钠离子电池正极材料的方法，具体过程为：分别配制极性高分子聚合物和多种表面活性剂的混合模板剂溶液、碱溶液和过渡金属盐溶液；在15‑70℃的条件下，同时将过渡金属盐溶液和碱溶液加入到混合模板剂溶液中，持续搅拌反应0.5‑5h，反应结束后陈化1‑24h，离心洗涤，干燥后研磨得到纳米片状前驱体；将纳米片状前驱体与钠盐混合均匀，于500‑1200℃煅烧6‑48h，待自然冷却后得到纳米级薄片状钠离子电池正极材料。本发明制得的纳米级薄片状钠离子电池正极材料能够使得钠离子电池具有较高的能量密度和较好的循环稳定性。

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，具体涉及一种利用多模板剂制备纳米级薄片状钠离子电池正极材料的方法。

背景技术

随着社会的发展和生活水平的不断提高，人们对能源需求量也急剧增加。近年来，化石能源短缺已经成为全球亟需解决的关键性问题，为了缓解这一现状，国内外众多学者对自然资源如风能、太阳能、潮汐能等可再生能源和具有高能量密度、长循环寿命、绿色环保的锂离子电池进行了广泛的研究。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挑战。钠离子电池因具有与锂离子电池相似的工作原理，且地球储钠量丰富，低成本而备受青睐，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提出新方案。

但目前的钠离子电池还存在诸多问题，如能量密度较低、循环稳定性能差、循环寿命短、转化效率低等，需要进一步的提高和完善。因此，为了改善钠离子电池的循环使用及能量密度等性能，本发明通过多模板剂法制备出具有纳米尺寸的钠离子电池正极材料，该钠离子电池表现出优良的电化学储钠性能。

发明内容

本发明针对目前钠离子电池正极材料的循环稳定性差、能量密度低的问题，而提供了一种利用多模板剂制备纳米级薄片状钠离子电池正极材料的方法，制得的纳米级薄片状钠离子电池正极材料能够使得钠离子电池具有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制备钠离子正极材料。以极性高分子聚合物和多种表面活性剂为混合模板剂，将过渡金属盐溶液和碱溶液混合后进行化学沉淀反应，恒温反应后经陈化得到纳米片状前驱体，离心洗涤，干燥，将纳米片状前驱体与钠盐研磨混合后煅烧，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，为实现钠离子电池大规模生产应用打下良好的基础。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，利用多模板剂制备纳米级薄片状钠离子电池正极材料的方法，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和多种表面活性剂的混合模板剂溶液、碱溶液和过渡金属盐溶液，其中极性高分子聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚马来酸酐或聚季胺盐中的至少一种，表面活性剂为磷脂类、胆碱类、蛋白质类、十八烷基硫酸钠、硬脂酸钠、4-(2-羟乙基)-哌嗪乙磺酸、烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或柠檬酸中的至少两种，碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、碳酸钾溶液或氨水中的至少一种，过渡金属盐为可溶性镍盐、可溶性钴盐或可溶性锰盐中的至少一种；

步骤S2：在15-70℃的条件下，同时将过渡金属盐溶液和碱溶液加入到混合模板剂溶液中，持续搅拌反应0.5-5h，反应结束后陈化1-24h，离心洗涤，干燥后研磨得到纳米片状前驱体；

步骤S3：将纳米片状前驱体与钠盐混合均匀，于500-1200℃煅烧6-48h，待自然冷却后得到纳米级薄片状钠离子电池正极材料。