[发明专利]基于有机酸溶解法制备聚阴离子型钠电池正极材料的方法

说明书

本发明提供一种基于有机酸溶解法制备聚阴离子型钠电池正极材料的方法，包括如下步骤：步骤S1：配制过渡族金属源、钠源以及聚阴离子源的混合物并放入反应器中，所述过渡族金属源为过渡金属单质或过渡族金属氧化物；步骤S2：向反应器中加入有机酸，加热，同时持续搅拌至过渡族金属源完全溶解；步骤S3：加入碳源，搅拌，干燥，得到前驱体粉末；步骤S4：在惰性气体氛围中，对所述前驱体粉末进行加热处理，加热处理完成后，随炉冷却至室温，得到聚阴离子型钠电池正极材料。本发明有机酸溶解后的混合溶液，离子分布均匀，干燥后的前驱体颗粒较小，无需进行破碎处理，可直接高温煅烧制得相应的电极材料。

技术领域

本发明属于钠离子电池材料领域，特别涉及基于有机酸溶解法制备聚阴离子型钠电池正极材料的方法。

背景技术

近年来，化石燃料的大量利用造成的环境污染性问题逐渐受到人们的关注，开发太阳能、风能以及水力资源等清洁能源成为热点。然而，这些清洁能源受地理位置、季节、天气等的影响，具有波动性大、无法持续供应等缺点，需要配以大规模储能转换装置才能实现这些清洁能源的合理调控。在现有的储能技术中，抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能以及超级电容器储能大多受到能量密度、地理位置以及技术瓶颈的限制，无法实现大规模利用。二次电池因其技术成熟、灵活性高、能量转化率高等综合优势，成为目前大规模储能技术的理想选择。二次电池包括镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池、碱性锌锰电池、锂离子电池、钠离子电池以及钾离子电池等相关分类，但就技术的成熟度、体系总成本、能量/功率密度以及环境适应性而言，锂/钠离子电池无疑成为其中的佼佼者。虽然锂离子电池在目前的3C产品市场以及电动汽车领域占据主导地位，但锂资源的匮乏和分布不均，势必无法满足日益增长的电动汽车领域的需要，更无法满足大规模储能的廉价要求。钠离子电池与锂离子电池的工作原理类似，并且钠资源更加丰富、分布更加广泛、相关电极材料成本更加低廉，是目前大规模储能领域重点关注的对象。

钠离子正极材料的种类及其丰富，包括氧化物类、普鲁士蓝类以及聚阴离子类，但就资源的丰富性、材料的总体成本、材料的电化学性能以及环境可持续性而言，聚阴离子型钠离子电池正极材料无疑是最佳的选择。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供了基于有机酸溶解法制备聚阴离子型钠电池正极材料的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

基于有机酸溶解法制备聚阴离子型钠电池正极材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：配制过渡族金属源、钠源以及聚阴离子源的混合物并放入反应器中，所述过渡族金属源为过渡金属单质或过渡族金属氧化物；

步骤S2：向反应器中加入有机酸，加热，同时持续搅拌至过渡族金属源完全溶解；加入足量或过量的有机酸，以使过渡族金属源完全溶解；

步骤S3：加入碳源，搅拌，干燥，得到前驱体粉末；

步骤S4：在惰性气体氛围中，对所述前驱体粉末进行加热处理，加热处理完成后，随炉冷却至室温，得到聚阴离子型钠电池正极材料。

进一步，所述过渡族金属源为V、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn或其氧化物。

进一步，所述钠源为硝酸钠、碳酸钠、磷酸钠、磷酸二氢钠、甲酸钠、醋酸钠、草酸钠、柠檬酸钠、金属钠中的一种或多种。

进一步，所述聚阴离子源为单质磷、磷酸、焦磷酸、磷酸钠、磷酸二氢钠、单质硼、硼酸、硼酸钠、单质硅、硅酸、硅酸钠中的一种或多种。

进一步，所述有机酸包括甲酸、乙酸、草酸中的一种或多种。

进一步，所述过渡族金属源、钠源、聚阴离子源的使用量符合所制备的聚阴离子型钠电池正极材料化学式中化学计量比，有机酸使用量为所添加过渡金属源摩尔量的1～5倍，碳源使用量为所添加过渡金属源摩尔量的1～3倍。