[发明专利]一种无相变的正负极两用的钠离子电池材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种无相变的正负极两用的钠离子电池材料，化学式为Na_0.7Ni_0.25Fe_0.2Ti_0.55O₂。本发明提供的正负极两用的电池材料组装而成的全电池循环寿命长，无相变，稳定性高，安全性好，成本低廉，是钠离子电池的理想电极材料。另外，本发明提供的两用电极材料合成工艺简单，易于控制，产率高，价格低廉，容易大批量生产。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及一种无相变的正负极两用的钠离子电池材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于全球变暖和严重的环境污染，可再生清洁能源受到了广泛的关注。然而，这些可再生能源，例如地热能、风能和太阳能存在固有的间歇性和地区不均匀的缺点，使其直接作为能源输出时效率不高。因此发展合适的大规模电能源储存系统器件来平衡用电高峰和低峰变得十分重要。

钠离子电池由于其丰富的钠资源以及高的能量转换效率而被认为是大规模储能设备中最有前景的候选物之一。尽管如此，对于钠离子电池的全电池研究仍然处于初始阶段。其主要的瓶颈就是开发合适的正负极材料。目前被大家广泛研究的正极材料为层状氧化物，负极材料主要是碳基材料。但是当这两种材料组装成全电池时，由于碳材料的嵌钠电位相对较低，这会导致热失控，从而使得电池产生安全问题。因而这类材料不适用对长循环和安全性要求极高的大规模能源储存设备。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种无相变的正负极两用的钠离子电池材料及其制备方法和应用，制备的无相变的正负极两用的钠离子电池材料具有优异的循环稳定性，能够同时用于正极和负极材料。

为达到上述目的，本发明提供了一种无相变的正负极两用的钠离子电池材料，化学式为Na_0.7Ni_0.25Fe_0.2Ti_0.55O₂。

本发明创造性的开发了一种层状氧化物，同时能够用于正极和负极材料，由于正负极材料都是层状氧化物，能够支持电池过充，缓冲电池产生的体积膨胀(由于在充放电过程中正负极的体积膨胀刚好相反)，同时极大的降低了材料的制备成本以及简化制备过程，极大的提高了钠离子电池的实际应用前景。

本发明提供了上述无相变的正负极两用的钠离子电池材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将钠源化合物、镍源化合物、铁源化合物、钛源化合物按照摩尔比与螯合剂溶解于水中后，加热挥发溶剂，得到凝胶前驱体；

B)将所述凝胶前驱体干燥后进行研磨，得到前驱体粉末；

C)将所述前驱体粉末依次经过第一次煅烧、第二次煅烧，得到正负极两用的钠离子电池材料。

优选的，所述钠源化合物选自醋酸钠、碳酸钠、硝酸钠、草酸钠和柠檬酸钠中的一种或多种；

所述镍源化合物选自醋酸镍，硝酸镍，草酸镍，硫酸镍和氯化镍中的一种或多种；

所述铁源化合物选自醋酸铁，硝酸铁，草酸铁，硫酸铁和氯化铁中的一种或多种；

所述钛源化合物选自钛酸四丁酯，四氯化钛，钛酸四乙酯，异辛醇钛，钛酸异丙酯，硫酸氧钛中的一种或多种；

所述螯合剂选自柠檬酸、草酸、酒石酸和乙二胺四乙酸中的一种或多种。

优选的，所述第一次煅烧的升温速率为2～10℃/min，升温至350～600℃，保温至前驱体粉末充分分解；

所述第二次煅烧的升温速率为2～10℃/min，升温至800～1000℃，保温10～24h至形成无杂相的P2相结构；

所述第一次煅烧、第二次煅烧在空气气氛下进行。