本发明涉及钠离子正极材料技术领域，具体为一种异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料及其制法。
背景技术：
钠离子电池作为一种二次电池，主要依靠na+在电池的正极和负极之间迁移和运输来工作，在电池充放电过程中，na+在正负电极之间运输嵌入和迁移脱出，充电时，na+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，放电时则相反，na+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，钠离子电池具有巨大潜在的优点：钠盐原材料储量丰富，价格低廉；na+可以在低浓度电解液进行迁移和运输；na+不与铝反应，负极可采用廉价的铝箔作为电极材料；由于钠离子电池具有无需过放电的特性，允许钠离子电池放电到零伏，使钠离子电池能量密度大大提升。
目前钠离子电池正极材料mos2、tis2等硫化物，但是其导电性能较差，抑制了na+在正负极和电解质之间的运输和迁移，降低了钠离子电池的电容量和电化学性能，新型的聚阴离子类、普鲁士蓝类、氧化物类正极材料材料，尤其是层状结构的naxmo2氧化物（m=fe、mn、co、v、ti）及其二元、三元材料展现了很好的充放电比容量和循环稳定性，但是naxmo2氧化物导电性能和倍率性能不高，并且其结构稳定性较差，在持续的充放电过程中，由于na+的不断迁移产生的微量应力和应变导致naxmo2氧化物结构损失，使正极材料基体崩塌而失去电化学性能，降低了钠离子电池的实用性和耐久性。
技术实现要素：
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料，解决了naxmo2氧化物（m=fe、mn、co、v、ti）导电性能和倍率性能不高，并且其结构稳定性较差，在持续的充放电过程中，由于na+的不断迁移产生的微量应力和应变导致naxmo2氧化物结构损失，使正极材料基体崩塌而失去电化学性能的问题。
（二）技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料及其制法，包括以下按重量分数计的配方原料：1-3份异丙醇铝、67-79份na2mn8o16、20-30份碳纳米管，制法包括以及以下实验药品：无水氯化锰、碳酸钠、氢氧化钠、蒸馏水、无水乙醇、稀盐酸。
优选的，所述异丙醇铝、无水氯化锰、碳酸钠、氢氧化钠、蒸馏水、无水乙醇均为化学分析纯。
优选的，所述稀盐酸物质的量浓度为1.6-2.3mol/l，质量分数为5-8%。
优选的，所述na2mn8o16制备方法如下所示：
（1）向2000ml反应瓶中设置回流装置，再加入800-1000ml蒸馏水，再依次称取90-95份无水氯化锰和5-10份碳酸钠加入到反应瓶中，在缓慢加入氢氧化钠粉末，调节ph至8-9，将反应瓶置于油浴锅中，加热至100-105℃，匀速搅拌反应12-15h，反应结束将反应瓶冷却至室温，并将溶液过滤除去水分得到固体混合物，使用3000-4000ml蒸馏水洗涤固体混合物除去反应杂质，将洗涤干净的产物置于管式电阻箱中，设置升温速率为10℃/min，升至750-770℃，并保持温度煅烧6-8h，煅烧结束后将停止加热将煅烧产物冷却至室温，并依次使用200-300ml物质的量浓度为1.6-2.3mol/l的稀盐酸和4000-6000ml蒸馏水洗涤煅烧产物除去煅烧杂质，然后将洗涤干净的煅烧产物置于烘箱中加热至85-95℃干燥水分5-8h，得到na2mn8o16。
优选的，所述碳纳米管为羟基化多壁碳纳米管，其中活性羟基含量为2.5≥%，尺寸规格为长度10-30um，直径2-8nm。
优选的，所述金属络合剂为化学分析纯乙二胺四乙酸二钠，其中c10h14n2na2o8质量分数≥99%。
优选的，所述多壁碳纳米管规格：长度20-50um，直径8-14nm。
优选的，所述异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料，制备方法如下：
（1）向高能行星球磨机中依次加入500-800ml无水乙醇、1-3份异丙醇铝和67-79份na2mn8o16，设置球磨机公转速率为150-200rpm，自转速率为650-670rpm，进行球磨10-15h，直至物料全部通过1340目网筛，然后将研磨好的异丙醇铝、na2mn8o16以及乙醇溶剂转移进烧杯中，搅拌均匀后将烧杯置于超声处理器中，加热至50-60℃，超声功率为800w，超声频率为25khz，进行超声分散4-6h，使异丙醇铝均匀包覆na2mn8o16，然后再加入20-30份碳纳米管，再将超声处理器设置超声频率为1000w，超声频率为28khz，进行超声处理3-4h，使异丙醇铝包覆na2mn8o16均匀负载到碳纳米管的表面和内壁，将烧杯置于烘箱中静置，并加热至75-80℃烘干乙醇溶剂，得到异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料。
（三）有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
1、该一种异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料及其制法，通过使用na2mn8o16作为钠离子正极材料的基体，相比于传统的naxmo2氧化物，na2mn8o16具有优良的导电性能，大幅提高了钠离子正极材料的倍率性能和电化学性能，并且通过异丙醇铝包覆na2mn8o16，避免na2mn8o16与电解液直接接触，降低了正极材料的电化学比容量损失，从而提高正极材料的电化学比容量，改善了其循环性能，同时异丙醇铝包覆na2mn8o16，抑制了na2mn8o16由于结构稳定性较差，在持续的充放电过程中，由于na+的不断迁移产生的微量应力和应变导致na2mn8o16结构损失而增大内阻，使其电化学比容量减小的现象，避免了正极材料基体崩塌而失去电化学性能。
2、该一种异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料及其制法，通过异丙醇铝包覆na2mn8o16负载到导电性优异的羟基化多壁碳纳米管的表面和内壁上，na2mn8o16与羟基化多壁碳纳米管的表面形成稳定的网状骨架结构和电荷迁移导电网络，加速了充放电过程中na+在正极材料和电解质之间的迁移和传输速率，有效地防止na+的流失，提高了正极材料的倍率性能，增强了钠离子电池的实用性和耐久性。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料及其制法，包括以下按重量分数计的配方原料：1-3份异丙醇铝、67-79份na2mn8o16、20-30份碳纳米管，制法包括以及以下实验药品：无水氯化锰、碳酸钠、氢氧化钠、蒸馏水、无水乙醇、稀盐酸，所述异丙醇铝、无水氯化锰、碳酸钠、氢氧化钠、蒸馏水、无水乙醇均为化学分析纯，稀盐酸物质的量浓度为1.6-2.3mol/l，质量分数为5-8%，na2mn8o16制备方法如下所示：
向2000ml反应瓶中设置回流装置，再加入800-1000ml蒸馏水，再依次称取90-95份无水氯化锰和5-10份碳酸钠加入到反应瓶中，在缓慢加入氢氧化钠粉末，调节ph至8-9，将反应瓶置于油浴锅中，加热至100-105℃，匀速搅拌反应12-15h，反应结束将反应瓶冷却至室温，并将溶液过滤除去水分得到固体混合物，使用3000-4000ml蒸馏水洗涤固体混合物除去反应杂质，将洗涤干净的产物置于管式电阻箱中，设置升温速率为10℃/min，升至750-770℃，并保持温度煅烧6-8h，煅烧结束后将停止加热将煅烧产物冷却至室温，并依次使用200-300ml物质的量浓度为1.6-2.3mol/l的稀盐酸和4000-6000ml蒸馏水洗涤煅烧产物除去煅烧杂质，然后将洗涤干净的煅烧产物置于烘箱中加热至85-95℃干燥水分5-8h，得到na2mn8o16。
碳纳米管为羟基化多壁碳纳米管，其中活性羟基含量为2.5≥%，尺寸规格为长度10-30um，直径2-8nm，金属络合剂为化学分析纯乙二胺四乙酸二钠，其中c10h14n2na2o8质量分数≥99%，多壁碳纳米管规格：长度20-50um，直径8-14nm，异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料，制备方法如下所示：
向高能行星球磨机中依次加入500-800ml无水乙醇、1-3份异丙醇铝和67-79份na2mn8o16，设置球磨机公转速率为150-200rpm，自转速率为650-670rpm，进行球磨10-15h，直至物料全部通过1340目网筛，然后将研磨好的异丙醇铝、na2mn8o16以及乙醇溶剂转移进烧杯中，搅拌均匀后将烧杯置于超声处理器中，加热至50-60℃，超声功率为800w，超声频率为25khz，进行超声分散4-6h，使异丙醇铝均匀包覆na2mn8o16，然后再加入20-30份碳纳米管，再将超声处理器设置超声频率为1000w，超声频率为28khz，进行超声处理3-4h，使异丙醇铝包覆na2mn8o16均匀负载到碳纳米管的表面和内壁，将烧杯置于烘箱中静置，并加热至75-80℃烘干乙醇溶剂，得到异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料。
实施例1：
（1）制备na2mn8o16：向2000ml反应瓶中设置回流装置，再加入800ml蒸馏水，再依次称取95份无水氯化锰和5份碳酸钠加入到反应瓶中，在缓慢加入氢氧化钠粉末，调节ph至8，将反应瓶置于油浴锅中，加热至100℃，匀速搅拌反应12h，反应结束将反应瓶冷却至室温，并将溶液过滤除去水分得到固体混合物，使用3000ml蒸馏水洗涤固体混合物除去反应杂质，将洗涤干净的产物置于管式电阻箱中，设置升温速率为10℃/min，升至750℃，并保持温度煅烧6h，煅烧结束后将停止加热将煅烧产物冷却至室温，并依次使用200ml物质的量浓度为1.6mol/l的稀盐酸和4000ml蒸馏水洗涤煅烧产物除去煅烧杂质，然后将洗涤干净的煅烧产物置于烘箱中加热至85℃干燥水分5h，得到na2mn8o16组分1。
（2）制备异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料：向高能行星球磨机中依次加入500ml无水乙醇、1份异丙醇铝和79份na2mn8o16组分1，设置球磨机公转速率为150rpm，自转速率为650rpm，进行球磨10h，直至物料全部通过1340目网筛，然后将研磨好的异丙醇铝、na2mn8o16以及乙醇溶剂转移进烧杯中，搅拌均匀后将烧杯置于超声处理器中，加热至50℃，超声功率为800w，超声频率为25khz，进行超声分散6h，使异丙醇铝均匀包覆na2mn8o16，然后再加入20份碳纳米管，再将超声处理器设置超声频率为1000w，超声频率为28khz，进行超声处理4h，使异丙醇铝包覆na2mn8o16均匀负载到碳纳米管的表面和内壁，将烧杯置于烘箱中静置，并加热至80℃烘干乙醇溶剂，得到异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料1。
实施例2：
（1）制备na2mn8o16：向2000ml反应瓶中设置回流装置，再加入900ml蒸馏水，再依次称取91份无水氯化锰和9份碳酸钠加入到反应瓶中，在缓慢加入氢氧化钠粉末，调节ph至8，将反应瓶置于油浴锅中，加热至100℃，匀速搅拌反应12h，反应结束将反应瓶冷却至室温，并将溶液过滤除去水分得到固体混合物，使用3000ml蒸馏水洗涤固体混合物除去反应杂质，将洗涤干净的产物置于管式电阻箱中，设置升温速率为10℃/min，升至760℃，并保持温度煅烧7h，煅烧结束后将停止加热将煅烧产物冷却至室温，并依次使用250ml物质的量浓度为1.6mol/l的稀盐酸和5000ml蒸馏水洗涤煅烧产物除去煅烧杂质，然后将洗涤干净的煅烧产物置于烘箱中加热至90℃干燥水分7h，得到na2mn8o16组分2。
（2）制备异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料：向高能行星球磨机中依次加入600ml无水乙醇、1.5份异丙醇铝和77份na2mn8o16组分2，设置球磨机公转速率为180rpm，自转速率为660rpm，进行球磨10h，直至物料全部通过1340目网筛，然后将研磨好的异丙醇铝、na2mn8o16以及乙醇溶剂转移进烧杯中，搅拌均匀后将烧杯置于超声处理器中，加热至55℃，超声功率为800w，超声频率为25khz，进行超声分散5h，使异丙醇铝均匀包覆na2mn8o16，然后再加入21.5份碳纳米管，再将超声处理器设置超声频率为1000w，超声频率为28khz，进行超声处理3h，使异丙醇铝包覆na2mn8o16均匀负载到碳纳米管的表面和内壁，将烧杯置于烘箱中静置，并加热至75℃烘干乙醇溶剂，得到异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料2。
实施例3：
（1）制备na2mn8o16：向2000ml反应瓶中设置回流装置，再加入900ml蒸馏水，再依次称取92份无水氯化锰和8份碳酸钠加入到反应瓶中，在缓慢加入氢氧化钠粉末，调节ph至9，将反应瓶置于油浴锅中，加热至105℃，匀速搅拌反应15h，反应结束将反应瓶冷却至室温，并将溶液过滤除去水分得到固体混合物，使用3500ml蒸馏水洗涤固体混合物除去反应杂质，将洗涤干净的产物置于管式电阻箱中，设置升温速率为10℃/min，升至70℃，并保持温度煅烧8h，煅烧结束后将停止加热将煅烧产物冷却至室温，并依次使用300ml物质的量浓度为2.3mol/l的稀盐酸和5000ml蒸馏水洗涤煅烧产物除去煅烧杂质，然后将洗涤干净的煅烧产物置于烘箱中加热至90℃干燥水分6h，得到na2mn8o16组分3。
（2）制备异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料：向高能行星球磨机中依次加入7800ml无水乙醇、2份异丙醇铝和73份na2mn8o16组分3，设置球磨机公转速率为180rpm，自转速率为660rpm，进行球磨12h，直至物料全部通过1340目网筛，然后将研磨好的异丙醇铝、na2mn8o16以及乙醇溶剂转移进烧杯中，搅拌均匀后将烧杯置于超声处理器中，加热至60℃，超声功率为800w，超声频率为25khz，进行超声分散5h，使异丙醇铝均匀包覆na2mn8o16，然后再加入25份碳纳米管，再将超声处理器设置超声频率为1000w，超声频率为28khz，进行超声处理4h，使异丙醇铝包覆na2mn8o16均匀负载到碳纳米管的表面和内壁，将烧杯置于烘箱中静置，并加热至80℃烘干乙醇溶剂，得到异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料3。
实施例4：
（1）制备na2mn8o16：向2000ml反应瓶中设置回流装置，再加入900ml蒸馏水，再依次称取93.5份无水氯化锰和6.5份碳酸钠加入到反应瓶中，在缓慢加入氢氧化钠粉末，调节ph至9，将反应瓶置于油浴锅中，加热至105℃，匀速搅拌反应15h，反应结束将反应瓶冷却至室温，并将溶液过滤除去水分得到固体混合物，使用4000ml蒸馏水洗涤固体混合物除去反应杂质，将洗涤干净的产物置于管式电阻箱中，设置升温速率为10℃/min，升至760℃，并保持温度煅烧7h，煅烧结束后将停止加热将煅烧产物冷却至室温，并依次使用250ml物质的量浓度为2.3mol/l的稀盐酸和6000ml蒸馏水洗涤煅烧产物除去煅烧杂质，然后将洗涤干净的煅烧产物置于烘箱中加热至90℃干燥水分7h，得到na2mn8o16组分4。
（2）制备异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料：向高能行星球磨机中依次加入700ml无水乙醇、2.5份异丙醇铝和71份na2mn8o16组分4，设置球磨机公转速率为180rpm，自转速率为660rpm，进行球磨15h，直至物料全部通过1340目网筛，然后将研磨好的异丙醇铝、na2mn8o16以及乙醇溶剂转移进烧杯中，搅拌均匀后将烧杯置于超声处理器中，加热至55℃，超声功率为800w，超声频率为25khz，进行超声分散5h，使异丙醇铝均匀包覆na2mn8o16，然后再加入26.5份碳纳米管，再将超声处理器设置超声频率为1000w，超声频率为28khz，进行超声处理4h，使异丙醇铝包覆na2mn8o16均匀负载到碳纳米管的表面和内壁，将烧杯置于烘箱中静置，并加热至80℃烘干乙醇溶剂，得到异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料4。
实施例5：
（1）制备na2mn8o16：向2000ml反应瓶中设置回流装置，再加入000ml蒸馏水，再依次称取95份无水氯化锰和5份碳酸钠加入到反应瓶中，在缓慢加入氢氧化钠粉末，调节ph至9，将反应瓶置于油浴锅中，加热至105℃，匀速搅拌反应15h，反应结束将反应瓶冷却至室温，并将溶液过滤除去水分得到固体混合物，使用4000ml蒸馏水洗涤固体混合物除去反应杂质，将洗涤干净的产物置于管式电阻箱中，设置升温速率为10℃/min，升至770℃，并保持温度煅烧8h，煅烧结束后将停止加热将煅烧产物冷却至室温，并依次使用300ml物质的量浓度为2.3mol/l的稀盐酸和6000ml蒸馏水洗涤煅烧产物除去煅烧杂质，然后将洗涤干净的煅烧产物置于烘箱中加热至95℃干燥水分8h，得到na2mn8o16组分5。
（2）制备异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料：向高能行星球磨机中依次加入00ml无水乙醇、3份异丙醇铝和67份na2mn8o16组分5，设置球磨机公转速率为200rpm，自转速率为670rpm，进行球磨15h，直至物料全部通过1340目网筛，然后将研磨好的异丙醇铝、na2mn8o16以及乙醇溶剂转移进烧杯中，搅拌均匀后将烧杯置于超声处理器中，加热至60℃，超声功率为800w，超声频率为25khz，进行超声分散6h，使异丙醇铝均匀包覆na2mn8o16，然后再加入20份碳纳米管，再将超声处理器设置超声频率为1000w，超声频率为28khz，进行超声处理4h，使异丙醇铝包覆na2mn8o16均匀负载到碳纳米管的表面和内壁，将烧杯置于烘箱中静置，并加热至80℃烘干乙醇溶剂，得到异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料5。
通过恒电流循环伏安法对实施例1-5进行倍率性能和电化学性能测试，该一种异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料及其制法，通过使用na2mn8o16作为钠离子正极材料的基体，相比于传统的naxmo2氧化物，na2mn8o16具有优良的导电性能，大幅提高了钠离子正极材料的倍率性能和电化学性能，并且通过异丙醇铝包覆na2mn8o16，避免na2mn8o16与电解液直接接触，降低了正极材料的电化学比容量损失，从而提高正极材料的电化学比容量，改善了其循环性能，同时异丙醇铝包覆na2mn8o16，抑制了na2mn8o16由于结构稳定性较差，在持续的充放电过程中，由于na+的不断迁移产生的微量应力和应变导致na2mn8o16结构损失而增大内阻，使其电化学比容量减小的现象，避免了正极材料基体崩塌而失去电化学性能。
该一种异丙醇铝包覆na2mn8o16-碳纳米管的钠离子正极材料及其制法，通过异丙醇铝包覆na2mn8o16负载到导电性优异的羟基化多壁碳纳米管的表面和内壁上，na2mn8o16与羟基化多壁碳纳米管的表面形成稳定的网状骨架结构和电荷迁移导电网络，加速了充放电过程中na+在正极材料和电解质之间的迁移和传输速率，有效地防止na+的流失，提高了正极材料的倍率性能，增强了钠离子电池的实用性和耐久性。