一种双极性材料、制备方法以及具有对称电极的钠离子电池

本发明涉及一种双极性材料、制备方法以及具有对称电极的钠离子电池，属于钠离子电池。

背景技术：

1、钠离子电池凭借其原料丰富、成本低廉等优点，在新型大规模能源存储系统以及智能电网等领域有着广阔的应用前景。对称双极性材料体系的研发对钠离子电池的应用起着至关重要的作用。对称电池使用相同的材料同时用作正极与负极，其相对于非对称电池来说，材料成本低、体积膨胀小、操作安全性高等优势引起了人们的极大兴趣。对称电极的结构使其成为新型电池配置的更可行的选择，优于传统的单极结构。在非水性钠离子电池中，密度更大、价格更便宜的铝为电池制造带来了成本效益。

2、在众多对称钠离子电池的电极中，o3相层状镍钛基材料得到了相关的研究报道。结果显示该类材料的正极在3.5v左右通过ni2+/3+和ni3+/4+的氧化还原电对提供容量，而负极在0.8v左右通过ti4+/3+的氧化还原电对提供。

3、但是这种对称电池存在两个弊端，首先是对称钠离子电池的正负极使用相同的电极材料，该材料可能既不是最好的正极也不是最好的负极，因此电池实际的循环容量和能量密度受限；另一方面，对称钠离子电池在高电压和低电压下会进行多次氧化还原反应，容易在循环过程中发生不利的相变，从而阻碍了对称电池的稳定性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：采用o3相层状镍钛基材料同时作为双极性钠离子电池的正负极材料时，存在着发生不可逆相变、进而导致循环容量和通量密度受限的问题。

2、本发明提供了一种新的o3相层状镍钛基材料，通过进行镁掺杂的策略，制备的o3相层状镍钛基双极性材料组装成全电池，得到了较好的循环容量与倍率性能。

3、一种双极性材料，其通式是：na0.8-xni0.4-ymg0.8-zti0.65-mo2，并且空间群为r-3m，具有o3相结构；0<x<0.1，0<y<0.2，0<z<0.1，0<m<0.5。

4、所述的双极性材料的通式是：na0.75ni0.3mg0.075ti0.625o2。

5、上述的双极性材料的制备方法，是通过固相法制备得到。

6、所述的固相法中包括如下步骤：按照化学计量比取na2co3,nio,mgo和tio2，球磨处理后，压片，再进行煅烧，得到双极性材料。

7、球磨处理过程中转速为200-400rpm，时间为1-30h。

8、煅烧过程温度为800-1000℃，时间为10-20h。

9、上述的双极性材料在钠离子对称电池的正极和/或负极中的应用。

10、有益效果

11、本专利通过对层状o3相镍钛基材料进行镁掺杂的策略，制备的双极性材料组装成全电池得到了较好的循环容量与倍率性能等。

技术特征：

1.一种双极性材料，其特征在于，其通式是：na0.8-xni0.4-ymg0.8-zti0.65-mo2，并且空间群为r-3m，具有o3相结构；0<x<0.1，0<y<0.2，0<z<0.1，0<m<0.5。

2.根据权利要求1所述的双极性材料，其特征在于，所述的双极性材料的通式是：na0.75ni0.3mg0.075ti0.625o2。

3.权利要求1所述的双极性材料的制备方法，其特征在于，是通过固相法制备得到。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的固相法中包括如下步骤：按照化学计量比取na2co3,nio,mgo和tio2，球磨处理后，压片，再进行煅烧，得到双极性材料。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，球磨处理过程中转速为200-400rpm，时间为1-30h。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，煅烧过程温度为800-1000℃，时间为10-20h。

7.权利要求1所述的双极性材料在钠离子对称电池的正极和/或负极中的应用。

技术总结
本发明涉及一种双极性材料、制备方法以及具有对称电极的钠离子电池，属于钠离子电池技术领域。双极性材料通式是Na<subgt;0.8‑x</subgt;Ni<subgt;0.4‑y</subgt;Mg<subgt;0.8‑</subgt;<subgt;z</subgt;Ti<subgt;0.65‑m</subgt;O<subgt;2</subgt;，并且空间群为R‑3m，具有O3相结构；0<x<0.1，0<y<0.2，0<z<0.1，0<m<0.5。本专利通过对层状O3相镍钛基材料进行镁掺杂的策略，制备的双极性材料组装成全电池得到了较好的循环容量与倍率性能等。

技术研发人员：郭少华,褚世勇,姚欢,许成荣
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16