[发明专利]一种钠离子电池铜铁锰基正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钠离子电池铜铁锰基正极材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：S1将钠源、铜源、铁源、锰源和掺杂源M溶解于去离子水中，再加入燃料，搅拌均匀得混合溶液；S2将所述混合溶液置于马弗炉中进行自蔓延燃烧，所述自蔓延燃烧是先将马弗炉升温到300‑500℃，再将所述混合溶液置于马弗炉中，混合溶液在含氧氛围下剧烈燃烧，燃烧时间为1‑60min，得到前驱体；S3将所述前驱体进行煅烧，所述煅烧的温度为600‑900℃，时间为1‑10h，得到所述材料。所述钠离子电池正极材料分子式为Na_a[Cu_bFe_cMn_dM_{1‑b‑c‑d}]O₂，其中，0.6≤a≤1，0＜b≤0.3，0＜c≤0.5，0＜d≤0.9，0.8≤b+c+d≤1，其具有微纳米结构，产物纯度高，形貌规整，粒径分布较均匀，电化学性能优良，具有极好的工业运用前景。

技术领域

本发明涉及钠离子电池材料的制备技术领域，尤其是一种钠离子电池铜铁锰基正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其高能量密度、高功率密度和长循环寿命等优点，已被广泛应用于便携式电子器件和电动汽车中。但是由于锂储量少且分布不均以及近几年来全球电动汽车行业的井喷式发展使得锂的用量迅速增加，导致锂价格飙升，从而限制了锂离子电池在规模储能方面的应用。

钠离子电池与锂离子电池具有类似的电化学脱嵌机理，且钠离子电池具有钠资源丰富、高低温性能优异、安全性高等优点，被认为是规模储能领域的理想器件。在钠离子电池体系中，正极材料对电池的能量密度、循环寿命以及成本起决定性作用。因此，寻找合适的正极材料对钠离子电池的发展与应用至关重要。

钠离子电池铜铁锰基正极材料由于原料丰富、环境友好、空气稳定性好等优势引起了研究人员的广泛关注。钠离子电池铜铁锰基正极材料常用的制备方法包括高温固相法、溶胶-凝胶法，其中，高温固相法制备的铜铁锰基正极材料存在产物纯度不高、颗粒尺寸偏大等缺陷，导致其循环性能和倍率性能较差，且材料煅烧温度高(约1000℃)、煅烧时间长(约20h)，造成能量损耗大，不利于节能和环保。采用溶胶-凝胶法有利于提高材料的纯度，改善材料的形貌，但其制备工艺流程复杂，不利于工业化生产和应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的钠离子电池铜铁锰基正极材料制备过程中存在的加热温度高、材料性能不佳的问题，提供一种钠离子电池铜铁锰基正极材料的制备方法，采用加入燃料的方式让钠源、铜源、铁源、锰源和掺杂源M先在低温下进行溶液燃烧，在自蔓延燃烧过程中，上述物质反应形成具有反应活性高的纳米晶前驱体，对前驱体进行煅烧以低于常规铜铁锰基正极材料煅烧温度200-300℃的热氛围进行，在短时间内即可形成结构稳定的目标产物，且产物的晶相结构完整，呈现P2或O3型层状氧化物结构，产物纯度高，颗粒尺寸小，形貌规整，粒径分布较均匀，即使进行多次充放电也能保持较高的容量。

具体方案如下：

一种钠离子电池铜铁锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1将钠源、铜源、铁源、锰源和掺杂源M溶解于去离子水中，再加入燃料，搅拌均匀得混合溶液；

S2将所述混合溶液置于马弗炉中进行自蔓延燃烧，所述自蔓延燃烧是先将马弗炉升温到300-500℃，再将所述混合溶液置于马弗炉中，混合溶液在含氧氛围下进行燃烧，燃烧时间为1-60min，得到前驱体；

S3将所述前驱体进行煅烧，所述煅烧的温度为600-900℃，时间为1-10h，得到所述钠离子电池铜铁锰基正极材料。

进一步的，步骤S1中所述钠源选自硝酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠、碳酸钠中的至少一种；

任选的，所述铜源选自硝酸铜、乙酸铜、硫酸铜中的至少一种；

任选的，所述铁源选自硝酸铁、乙酸铁、柠檬酸铁、硫酸亚铁中的至少一种；