[发明专利]一种基于黄铜矿制备铜基富钠层状氧化物材料的方法

说明书

本发明公开了一种基于黄铜矿制备铜基富钠层状氧化物材料的方法，该方法是将黄铜矿精矿置于空气气氛中进行煅烧处理，煅烧产物与锰氧化物及钠盐通过球磨混合后，置于空气气氛中进行热处理，即得。该方法使用自然界中储量丰富的黄铜矿(主要成分为CuFeS₂)作为铜源和铁源，原料来源广泛、成本低廉，制备流程短，有利于工业化生产，制备的铜基富钠层状氧化物材料晶体结构稳定，纯度高，作为钠离子电池正极活性物质使用，获得的钠离子二次电池表现出较高的工作电压、优异的倍率和循环性能。

技术领域

本发明涉及一种铜基富钠层状氧化物材料的制备方法，特别涉及一种利用廉价黄铜矿精矿制备用于钠离子电池的铜基富钠层状氧化物材料的方法，属于钠离子电池材料制备技术领域。

背景技术

19世纪以来，煤炭、石油、天然气等化石能源支撑了人类文明的进步和经济社会发展。然而，化石能源的不可再生性和人类对其的巨大消耗，使化石能源正在逐渐走向枯竭，同时化石能源带来的生态环境问题也变得日益严峻。在这样的时代背景下，发展可再生、可持续、环境友好的新能源已经成为人类共识，太阳能、风能等可再生能源得到大力发展。但是，光电、风电的间歇性、不稳定性等特点使其难以顺利并网供电，因此，需要大规模的储能设备进行调控，发挥“削峰填谷”作用，提高供电效率和稳定性，降低供电成本。目前，可供选择的二次电池主要有镍-氢电池、镍-镉电池、铅酸蓄电池、锂离子电池。其中，锂离子电池因具有比能量高、无记忆效应、自放电小、循环寿命长以及环境友好等优点已经被广泛应用于3C产品和电动汽车等领域，然而锂资源有限，电池成本较高，无法满足大规模应用的低成本要求。与锂处于同一主族的钠，其物理化学性质与锂十分相似，而含量却更为丰富，成本低廉。因此，钠离子二次电池被视为是锂离子电池理想的替代品，并有望应用于大规模储能设备。

近年来，钠离子电池电极材料研究已然成为储能领域的研究热点之一，大量钠离子正、负极材料被报道。正极材料方面，主要包括磷酸盐、氟磷酸盐、普鲁士蓝及其衍生物、氧化物、有机化合物等。其中，有机化合物正极材料导电性很差，且在高电压下会发生分解；普鲁士蓝及其衍生物具备较高的工作电压，但实际比容量较低，常规的液相制备法易导致水分子进入晶格，阻碍Na⁺传输和脱嵌，导致容量快速衰减。磷酸盐正极材料具有突出的热稳定性和结构稳定性，氟离子取代磷酸根离子得到的氟磷酸盐更是增强了阴离子诱导效应，提升了平台电压，然而这类材料质量较大，导致其比容量较低，实际应用受到了限制。具有NASICON结构的Na₃V₂(PO₄)₃是近年来研究较为成功的磷酸盐正极材料。胡勇胜等应用碳包覆改性策略，提升了其平台容量【Electrochem.Commun.,2012,14,86-89】；纪效波等利用溶剂辅助碳热还原法制备的Na₃V₂(PO₄)₂F₃具有3.8V/4.2V的高电压平台，并表现出了优异的倍率和循环性能【J.Power Sources,2014,1,871-876】。