CN115893516A - 一种钠镍锰氧电极材料的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钠镍锰氧电极材料的其制备方法和应用，属于钠离子电池材料技术领域，利用PEG‑辅助共沉淀法合成了新型的Fe掺杂的钠铁镍锰氧电极材料。该制备方法操作简单、时间周期短、价格低廉：将Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2电极材料作为钠离子电池半电池的正极材料，具有优异的比容量、倍率和长循环性能，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于钠离子电池材料技术领域，具体涉及一种钠镍锰氧电极材料的其制备方法和应用。
背景技术
近年来，随着化石能源的逐渐枯竭和日益严峻的环境保护形势，人们将能源开发重点转向太阳能、风能、地热能和潮汐能等新型可持续清洁能源。然而，由于这些能源具有不稳定性、间歇性、区域性和环境依赖性，因此必须建立配套的储能和转换设备才能将这些能源应用到社会的实际生活中。
为了有效地利用这些能源，通常需要大规模的储能系统来存储从清洁能源转换而来的电力并促进它们的使用。目前较为成熟的储能技术包括物理储能、电磁储能和化学储能，其中化学储能以其简单、高效、实时响应等优点逐渐成为储能技术发展的主流。化学储能普遍采用二次电池作为电化学储能装置，如锂离子电池(LIBs)、铅酸电池和钠硫电池。作为一种商用且成熟的储能电池，LIBs已广泛应用于消费电子、计算机、通信、电动汽车、储能系统等诸多领域。但锂资源储量小且分布不均，据美国地质调查局统计，截至2015年，全球锂资源探明储量约为3.95×1010公斤，而中国锂储量仅为5.4×109公斤。储量的限制显然难以满足超大规模应用的需求，故开发资源丰富、成本低廉的新型储能二次电池替代锂离子电池迫在眉睫。
钠离子电池(SIBs)最初是在20世纪70年代和20世纪80年代中进行研究的，但由于锂离子电池的巨大成功而受到忽略。然而，由于锂资源分布不均，储量有限，SIBs又成为近年来研究的热点。钠和锂在元素周期表中属于同一主族，具有相似的物理化学性质，更重要的是，SIBs和LIBs具有相似的工作机制——“摇椅”工作原理。钠作为电池材料具有许多优势，尤其是在成本方面，这是大规模固定储能的关键因素。钠是地壳中第四丰富的元素，原则上资源接近无限。因此，如果其他组件也是可持续的，可以集成不连续的可再生能源并优化电网性能，则钠离子电池可以满足低成本系统的需求。与锂离子电池(LIBs)相比，可充电钠离子电池(SIBs)基于其丰富且成本低廉的钠资源，在大规模电化学储能方面引起了极大关注。然而，由于Na+具有比Li+离子更大的离子半径和摩尔质量，SIBs的比容量较低，具有更大的体积变化和更短的循环寿命。此外，SIBs正极材料的平均工作电压比LIBs低300～500mV。因此，获得较高容量和潜力的SIBs正极材料仍然具有挑战性。
在钠离子电池中，作为钠离子电池的正极材料主要有：氧化物型和聚阴离子型。在这些正极材料中，由于过渡金属层状氧化物NaxMO2(M＝Ni、Co、Fe、Mn等元素)具有较高的能量密度，高氧化还原电位和优异的嵌/脱嵌钠能力，许多研究人员都专注于研究这种类型的电极材料作为钠离子电池的正极。铁基和锰基过渡金属氧化物材料具有无毒、资源丰富、环境友好、放电比容量高等优点，被认为是钠离子电池中很有前途的正极材料。然而，层状正极材料在5个循环后的NMR光谱中为656ppm，表明平面缺陷数量增加。在充放电过程中， Mn3+的Jahn-teller效应会影响结构，导致电化学性能变差。含单一过渡金属元素的Mn基层状氧化物材料性能较差。使用一种或多种活性或非活性元素来掺杂或替代Mn有利于提高其性能。通过使用其他元素掺杂或部分替代Mn，例如Co、Ni、Li、Cu、Al、Mg和B可以有效提高其电化学性能。尽管单元素掺杂或替代锰基材料的研究取得了很大进展，但其性能仍不能满足大规模应用。此外，一些科研人员致力于开发三元或多元素过渡金属氧化物。因此基于镍锰基的过渡金属氧化物材料受到广泛关注，如三元P2-Na0.66Ni0.33-xZnxMn0.67O2、Na0.6Mn0.65Ni0.25Co0.1O2、Na0.67Mn0.67Ni0.33-xMgxO2(0≤x≤0.33)、Na0.66Ni0.33Mn0.67-xMoxO2等等。这些研究都证实了多元素体系相对于单元素过渡金属氧化物而言，其作为钠离子电极材料更切实可行，具有更稳定的结构，使得材料具有更优异的循环稳定性，因此有望成为新一代的钠离子电池正极材料。
发明内容
本发明意在提供一种钠镍锰氧电极材料的其制备方法和应用，解决了现有的钠离子电池在单元素掺杂或替代锰基材料后仍无法满足大规模应用的问题。
为达到上述目的，本发明提供一种技术方案如下：
一种钠镍锰氧电极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照钠源、镍源、锰源中钠离子、镍离子、锰离子摩尔比为0.5:0.25:0.75，称取钠源、镍源、锰源，溶解在20mL蒸馏水中，依次加入2mL PEG400、1.8g酒石酸，然后将上述溶液加热至85℃，蒸干得到前驱体；
S2、将步骤S1中所得的前驱体在空气气氛中400℃煅烧5h，1000℃煅烧20h，得到未掺 Fe的Na0.5Ni0.25Mn0.75O2微片电极材料。
本发明提供的又一种技术方案如下：
一种钠镍锰氧电极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照钠源、镍源、锰源、铁源中钠离子、镍离子、锰离子、铁离子摩尔比为0.6:0.25: 0.65:0.1称取钠源、镍源、铁源、锰源，溶解在20mL蒸馏水中，依次加入2mL PEG400、1.8g 酒石酸，然后将溶液加热至85℃，蒸干得到前驱体；
S2、将步骤S1中所得的前驱体在空气气氛中400℃煅烧5h，1000℃煅烧20h，得到Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料。
进一步，所述钠源为硝酸钠、碳酸钠、醋酸钠、氯化钠或碳酸氢钠中的一种或多种。
进一步，所述镍源为硝酸镍、醋酸镍、氯化镍中的一种或多种。
进一步，所述锰源为硝酸锰、醋酸锰、氯化锰中的一种或多种。
进一步，所述铁源为硝酸铁、氯化铁中的一种或两种。
通过上述设置，本方案所采用的钠源、镍源、锰源和铁源均易于获取，并且在高温能够分解，不会滞留在氧化物中。
本发明提供的又一种技术方案如下：
将上述的微片电极材料在钠离子电池中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本方案利用PEG-共沉淀法合成了未掺Fe的Na0.5Ni0.25Mn0.75O2微片电极材料和Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料。该制备方法操作简单、时间短、价格低廉；将Na0.5Ni0.25Mn0.75O2微片电极材料、Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料作为钠离子电池半电池得正极材料，具有优异的电化学性能，具有广阔的应用前景。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为实施例1所得的未掺Fe的Na0.5Ni0.25Mn0.75O2电极材料的电镜扫描图；
图2为实施例1所得的未掺Fe的Na0.5Ni0.25Mn0.75O2微片电极材料的XRD图；
图3为实施例4所得的Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料的扫描电镜图；
图4为实施例4所得的Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料的XRD图；
图5为以未掺Fe的Na0.5Ni0.25Mn0.75O2微片电极材料制备的半电池在0.2C下的循环100 次的循环测试曲线图；
图6为以未掺Fe的Na0.5Ni0.25Mn0.75O2微片电极材料制备的半电池在不同倍率下的循环性能图；
图7为以Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料制备的半电池在0.2C下循环100 次的循环测试曲线图；
图8为以Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料制备的半电池在1C下循环500 次的循环测试曲线图；
图9为以Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料制备的半电池在不同倍率下的循环性能图；
图10为以Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料制备的电池在0.2C下的充放电特征曲线。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
一种钠镍锰氧电极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照钠源、镍源、锰源中钠离子、镍离子、锰离子摩尔比为0.5:0.25:0.75称取所需钠源、镍源、锰源均匀混合在溶解在20mL去离子水中，本实施例中钠源选用醋酸钠、镍源选用醋酸镍、锰源选用醋酸锰。将上述溶液加热至50℃，然后加入2mL PEG 400。在恒定磁力搅拌下，向溶液中加入1.8g酒石酸，然后将溶液加热至85℃，蒸干得到前驱体。
S2、将步骤S1中所得的前驱体在马弗炉中在空气气氛中以400℃煅烧5h，1000℃煅烧 20h，得到未掺Fe的Na0.5Ni0.25Mn0.75O2微片电极材料。
对实施例1制得的未掺Fe的Na0.5Ni0.25Mn0.75O2微片电极材料进行电镜扫描，得到如附图1所示的放大倍数为4000倍(图1中a附图)、8000倍(图1中b附图)，4000倍(图 1中c附图)，2000倍(图1中d附图)下的扫描电镜图，可以看出该材料具有均匀的微片状结构，且表面较为光滑，再进一步对所制得的未掺Fe的Na0.5Ni0.25Mn0.75O2电极材料通过X 射线衍射进行物相分析，如图2所示，可以看到该材料具有较好的结晶度，而且未检测到杂峰的存在，说明所合成的材料具有较高的纯度。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于：钠源、镍源、锰源所选用的物质不同，本实施例中钠源选用硝酸钠、镍源选用硝酸镍、锰源选用硝酸锰。
实施例3
本实施例与实施例1的区别仅在于钠源、镍源、锰源所选用的物质不同，本实施例中钠源选用氯化钠、镍源选用氯化镍、锰源选用氯化锰。
实施例4
一种钠镍锰氧电极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照钠源、镍源、锰源和铁源中钠离子、镍离子、锰离子和铁离子摩尔比为0.6:0.25:0.65:0.1称取所需的钠源、镍源、锰源和铁源均匀混合在溶解在20mL去离子水中，本实施例中钠源选用醋酸钠、镍源选用醋酸镍、锰源选用醋酸锰、铁源选用硝酸铁，将上述溶液加热至50℃，然后加入2mL PEG 400，在恒定磁力搅拌下，向溶液中加入1.8g酒石酸，最后将溶液加热至85℃，蒸干得到前驱体。
S2、将步骤S1中所得的前驱体在马弗炉中在空气中以400℃煅烧5h，1000℃煅烧20h，得到Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料。
对实施例2制得的Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料进行电镜扫描，得到如图3所示的放大倍数分别为6000倍(图3中a附图)，4000倍(图3中b附图)，2000倍 (图3中c附图)下的扫描电镜图，可以看出Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料具有较清晰的微米片结构，且片状表面较为光滑，再进一步对制得的Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料通过X衍射进行物相分析，如图4所示，从图中可以看出Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料具有较好的结晶度，且未检测到杂质峰的存在，说明所制得的物质具有较高的纯度。
实施例5
本实施例与实施例2的区别仅在于所选用的钠源、镍源、锰源和铁源不同，本实施例中钠源选用硝酸钠、镍源选用硝酸镍、锰源选用硝酸锰、铁源选用硝酸铁。
实施例6
本实施例与实施例2的区别仅在于所选用的钠源、镍源、锰源和铁源不同，本实施例中钠源选用氯化钠、镍源选用氯化镍、锰源选用氯化锰、铁源选用氯化铁。
未掺Fe的Na0.5Ni0.25Mn0.75O2微片电极材料性能测试
以实施例1中制备的未掺Fe的Na0.5Ni0.25Mn0.75O2微片电极材料制作钠离子电池及所得电池相关性能测试。
取实施例1制得的未掺Fe的Na0.5Ni0.25Mn0.75O2微片电极材料与乙炔黑、PVDF粘结剂按质量比80:15:5混合，再加入适量1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，在玛瑙研钵中研磨至糊状，涂覆在直径为12mm的铝箔上，然后将铝箔置于120℃真空干燥12h，即可得到正极片，再将其转移到充满氩气的手套箱中进行纽扣电池的组装制得半电池，采用金属钠片作为对电极材料，玻璃纤维纸作为隔膜，电解液为1mol/L的NaClO4溶液(溶剂为碳酸乙烯酯与碳酸二甲酯按体积比1:1组成的混合液)。
将组装好的电池放置12小时后，在Land测试系统(CT2001A)上进行电化学性能测试，电压范围为2.0～4.3V，CV和EIS在电化学工作站(CS31OH)进行电化学性能测试，电压范围为2～4.3V。
所得半电池在0.2C下的循环曲线如图5所示，首圈循环容量123.8mAh g-1，充放电循环 100圈后该电极材料的充放电容量仍能达到93.9mAh g-1，其容量保持率为80.9％，说明该电极材料有较好的充放电比容量和较为优良的容量保持率。
所得半电池的倍率性能如图6所示，以不同电流密度(从小到大，又从大到小)测试了该材料的倍率性能，在0.2C时，该电极材料的放电比容量为121.0mAh g-1，而当电流密度达到1C时，该材料的放电比容量为88.5mAh g-1，虽然当电流密度达到10C时，该材料的放电比容量仅为20.5mAh g-1，但当电流回到0.2C时，该材料又回到了90.2的放电容量，说明该材料具有较好的倍率性能。
Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料性能测试
以实施例2中制备的Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料制作钠离子电池及所得电池相关性能测试。
取实施例2制得的Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料与乙炔黑、PVDF粘结剂按质量比80:15:5混合，再加入适量1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，在玛瑙研钵中研磨至糊状，涂覆在直径为12mm的铝箔上，然后将铝箔置于120℃真空干燥12h，即可得到正极片，再将其转移到充满氩气的手套箱中进行纽扣电池的组装制得半电池，采用金属钠片作为对电极材料，玻璃纤维作为隔膜，电解液为1mol/L的NaClO4溶液(溶剂为碳酸乙烯酯与碳酸二甲酯按体积比1:1组成的混合液)。
将组装好的电池放置12小时后，在Land测试系统(CT2001A)上进行电化学性能测试，电压范围为2.0～4.3V，CV和EIS在电化学工作站(CS31OH)进行电化学性能测试，电压范围为2.0～4.3V。
所得的半电池在0.2C下的循环曲线如图7所示，以0.2C的电流密度充放电循环100圈以后，该电极材料充放电比容量仍比较高，首圈比容量达到135.3mAh g-1，最高可达到142mAh g-1，在循环100圈后仍可达到126.3mAh g-1的高比容量，其容量保持率高达93.3％，说明该材料表现出优异的循环性能。
所得半电池在1C下的循环曲线如图8所示，以1C的电流密度充放电循环500圈，该电极材料仍有较高的充放电比容量，首圈比容量为121mAh g-1，其最高比容量可达到123mAhg-1，而在循环500圈后，该电极材料的充放电比容量仍可达到90.5mAh g-1，容量保持率则达到74.6％，说明该材料展现出优异的循环稳定性。
所得半电池的倍率性能如图9所示，以不同电流密度(从小到大，又从大到小)测试了该材料的倍率性能，在0.2C的电流密度时，放电比容量为142mAh g-1，当电流密度达到10C时，该材料的放电比容量仍高达70mAh g-1，当电流回到0.2C时，该材料又回到了122.2的放电容量，说明该材料具有优异的倍率性能以及回复能力。
将上述Na0.6 Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片正极材料与钠负极进行配伍组装成的半电池，所得半电池在0.2C电流密度下的充放电特征曲线如图10所示，所得半电池的放电电压约为3.25V，充电比容量为155.7mAh g-1，放电比容量为144.7mAh g-1，其首次库伦效率高达93％，说明该半电池展现出了优良的充放电特性。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (7)
1.一种钠镍锰氧电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按照钠源、镍源、锰源中钠离子、镍离子、锰离子摩尔比为0.5:0.25:0.75，称取钠源、镍源、锰源，溶解在20mL蒸馏水中，依次加入2mL PEG400、1.8g酒石酸，然后将上述溶液加热至85℃，蒸干得到前驱体；
S2、将步骤S1中所得的前驱体在空气气氛中400℃煅烧5h，1000℃煅烧20h，得到未掺Fe的Na0.5Ni0.25Mn0.75O2微片电极材料。
2.一种钠镍锰氧电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按照钠源、镍源、锰源、铁源中钠离子、镍离子、锰离子、铁离子摩尔比为0.6:0.25:0.65:0.1称取钠源、镍源、铁源、锰源，溶解在20mL蒸馏水中，依次加入2mL PEG400、1.8g酒石酸，然后将溶液加热至85℃，蒸干得到前驱体；
S2、将步骤S1中所得的前驱体在空气气氛中400℃煅烧5h，1000℃煅烧20h，得到Fe掺杂的Na0.6Ni0.25Mn0.65Fe0.1O2微片电极材料。
3.如权利要求1和2所述的一种钠镍锰氧电极材料的制备方法，其特征在于，所述钠源为硝酸钠、碳酸钠、醋酸钠、氯化钠中的一种或多种。
4.如权利要求1和2所述的一种钠镍锰氧电极材料的制备方法，其特征在于，所述镍源为硝酸镍、醋酸镍、氯化镍中的一种或多种。
5.如权利要求1和2所述的一种钠镍锰氧电极材料的制备方法，其特征在于，所述锰源为硝酸锰、醋酸锰、氯化锰中的一种或多种。
6.如权利要求2所述的一种钠镍锰氧电极材料的制备方法，其特征在于，所述铁源为硝酸铁、氯化铁中的一种或两种。
7.将权利要求1-6所述的微片电极材料在钠离子电池中的应用。
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| CN202211277566.XA CN115893516A (zh) | 2022-10-19 | 2022-10-19 | 一种钠镍锰氧电极材料的制备方法和应用 |
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| CN112103495A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-12-18 | 江苏理工学院 | 一种Na2Ti3-xMxO7材料的制备方法与应用 |
| CN114715953A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-07-08 | 中国科学技术大学 | 一种前驱体辅助制备Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的方法及其应用 |
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| CN114715953A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-07-08 | 中国科学技术大学 | 一种前驱体辅助制备Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的方法及其应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王春忠等: ""层状钠离子电池正极材料的研究进展"", 《吉林师范大学学报(自然科学版)》, no. 1, 28 February 2015 (2015-02-28), pages 1 - 10 * |
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