[发明专利]一种钠离子电池正极材料锰酸锂及其制备方法与应用

说明书

本发明属于电极材料领域，涉及一种钠离子电池正极材料锰酸锂及其制备方法与应用。该方法具体如下：采用溶胶‑凝胶法合成了Lisubgt;2/subgt;Mnsubgt;3/subgt;Osubgt;7/subgt;,将锂源包括锂盐或锂的碱性化合物与锰源包括二氧化锰或锰盐前驱体按照一定的摩尔比加入去离子水中，最后加入一水柠檬酸作为螯合剂，使上述溶液搅拌更加均匀，烘干煅烧后，自然冷却后，得到钠离子电池正极材料锰酸锂。该方法工艺简单，操作容易。通过该方法合成的锰酸锂(Lisubgt;2/subgt;Mnsubgt;3/subgt;Osubgt;7/subgt;)材料，作为钠离子电池负极材料性能优异，平台电位高(3.4V)，有希望成为下一代钠离子电池正极材料。该合成方法适用于生产高性能钠离子电池正极材料锰酸锂。

技术领域

本发明属于电极材料领域，涉及一种钠离子电池正极材料锰酸锂及其制备方法与应用。用该方法合成的锰酸钠正极材料电化学性能优异，平台电位高(3.4V)，有希望成为下一代钠离子电池正极材料。

背景技术

上世纪90年代初，由索尼公司首次商业化并应用于便携式电子设备能源的锂离子电池便是大规模储能的候选器材之一。目前为止，锂离子电池因其功率密度大，能量密度高的特点，被广泛应用于便携式电子设备中，并在电动汽车市场中占有了一席之位。锂离子电池在汽车市场的广泛应用，催生了一系列的新能源汽车，减少了汽车工业对化石能源的依靠。然而，锂资源在地壳中的储量不高，大量的锂资源消耗导致其价格不断攀升，因而限制了锂离子电池的大规模应用。

钠离子电池具备与锂离子电池相似的工作原理，且钠资源丰富，开采费用仅为锂的百分之一，钠离子电池的发展也本应当迅速，但由于锂离子电池的飞速发展以及锂离子电池在商业上的成功运用，使得人们一度忽略了钠离子电池的发展，再加上钠离子电池的生产过程要比锂离子电池更加繁琐以及苛刻的原因，钠离子电池的发展一直局限在实验室内。随着锂资源的日益减少、价格的升高及产业化技术水平的不断提高使得低成本的钠离子电池能够作为锂离子电池的有益补充，使得钠离子电池具有了大规模应用的潜力。

尽管钠离子电池具有低成本、高安全的特性，与锂离子电池相比，其电化学性能仍有差距，需要进一步探索。例如诺贝尔奖获得者、美国德克萨斯大学的JohnB.Goodenough教授团队使用溶胶-凝胶法制备了200纳米的Na₃MnZr(PO₄)₃粒子，并在粒子表面涂上一层薄薄的碳层。这些粒子可以最大程度地允许钠离子在其中地自由运动。用这种纳米材料作为钠电池的正极，获得了具有高电压的钠离子电池，该电池的电化学性能比已经报道的其他的磷酸锰阴极性能更加优异。此外，2018年我国的孙道峰教授采用一种易于实现的自模板化策略，制备出晶格宽化的硒化钼/磷掺杂的碳@二氧化钛杂化纳米球(MoSe₂/P-C@TiO₂)，并对此进行了详细的结构表征与电化学性能测试。研究结果表明，作为一种新型的钠离子负极材料，该杂化纳米球表现出高的比容量、超强的循环稳定性和优异的倍率性能，该发现对于钠离子电池电极储钠性能和结构稳定性提升上具有重要指导意义。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种钠离子电池正极材料锰酸锂的制备方法，利用溶胶凝胶法制备一种高性能锰酸锂正极材料。

本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的钠离子电池正极材料锰酸锂。

本发明再一目的在于提供上述钠离子电池正极材料锰酸锂在钠离子电池中的应用。通过本发明合成的锰酸锂(Li₂Mn₃O₇)应用于钠离子电池具有优良的充放电容量、循环性能及倍率性能。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

一种钠离子电池正极材料锰酸锂的制备方法，包括以下步骤：