钠离子正极材料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种正极材料，尤其是涉及一种钠离子正极材料及制备方法。
【背景技术】
[0002]随着以特斯拉为代表的新能源汽车的火爆，锂离子电池得到飞速快递。但锂离子电池受限于锂矿资源的开发及加工，从2014年下半年至今碳酸锂价格不断暴涨就是最好的证明。为此，有必要开发与锂离子电池工作原理相似的钠离子电池作为替代品，钠离子电子具有成本低及电化学性能优良的特点，相信在未来也巨大的发展前景。
【发明内容】
[0003]本发明提出一种制备工艺简单、实现成本较低且具有优良电化学性能的钠离子正极材料及制备方法。
[0004]一种钠离子正极材料，由NaV6O15、乙炔黑及粘结剂按质量比75:15:10混合后，滴加适量的N-甲基-2-吡咯烷酮，不断研磨搅拌至均匀糊状后涂布于金属棒上，真空干燥制成；其中，NaV6O15的晶体结构为尺寸均匀纳米棒状结构，由质量比NH4VO3 = NaCl:表面活性剂:去离子水=1:(1.5?2.5):(0.1?0.3): 100的NH4VO3、NaCl、表面活性剂和去离子水在强酸性的水热条件下制备而成。
[0005]其中，NH4VO3: NaCl:表面活性剂:去离子水=1:2:0.2:100。
[0006]—种钠离子正极材料的制备方法，其包括:
[0007]步骤一、按质量比NH4VO3:NaCl:表面活性剂:去离子水=1:(1.5?2.5):(0.1?0.3):100取順4￥03、他(:1和去离子水，将順4￥03、他(:1和表面活性剂溶于去离子水中，在601€下不断搅拌至完全溶解，加入适量的盐酸调节混合容易的PH值至不超过2;
[0008]步骤二、将所得混合溶液倒入不锈钢高压釜，200 0C-300 0C条件下水热反应12-24小时，NH4VO3中的V03—会与盐酸的H+结合生成HV03，HVO3进一步水解生成具有层状结构的V2O5，随着水热反应的进行，体系温度升高压强增大，NaCl中的Na离子会逐步嵌入V2O5的层状结构中，最终生成NaV6O15，然后自然冷却至室温并进行真空抽滤，用去离子水和乙醇各洗涤两遍，真空干燥后，再放入高温炉中400°C-600°C煅烧6-12小时，制备得到为棕色粉末的NaVeOis;
[0009]步骤三、将制备的NaV6O15、乙炔黑及粘结剂按质量比75: 15: 10混合，滴加适量的N-甲基-2-吡咯烷酮，不断研磨搅拌至均匀糊状后涂布于金属棒上，真空干燥即制作成正极。
[0010]其中，NH4VO3: NaCl:表面活性剂:去离子水=1:2:0.2:100。
[0011]其中，金属棒为铝棒或铜棒。
[0012]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0013]本发明确定制备NaV6O15电极材料中表面活性剂的恰当含量，制备得到他￥6015的晶体结构为尺寸均匀纳米棒状结构，由NaV6O15制备的电极材料具有较佳的电化学性能，进而制备得到的电池的电化学性能也较佳，故本发明实现成本较低，且有巨大的应用发展前景。
【具体实施方式】
[0014]步骤一、按质量比NH4VO3 = NaCl:表面活性剂:去离子水=1:(1.5?2.5):(0.1?0.3): 100取1€^03、他(:1、表面活性剂和去离子水，将1€^03、他(:1和表面活性剂溶于去离子水中，在60°C下不断搅拌至完全溶解，加入适量的强酸溶液(比如盐酸、硫酸等)调节混合容易的pH值至不超过2。
[0015]步骤二、将所得混合溶液倒入聚四氟乙烯衬里不锈钢高压釜，200°C-300°C条件下水热反应12-24小时，然后自然冷却至室温，将反应得产物进行真空抽滤，用去离子水和乙醇各洗涤两遍，真空干燥后，再放入高温炉中40(rc-60(rc煅烧6-12小时，制备得到为棕色粉末的NaV6O15t3
[0016]以强酸为盐酸为例。水热反应过程中，在酸性条件下，NH4VO3中的V03—会与盐酸的H+结合生成HV03，HVO3进一步水解生成具有层状结构的V2O5,即使随着水热反应的进行，体系温度升高压强增大，NaCl中的Na离子会逐步嵌入V2O5的层状结构中，最终生成NaV6O15。
[0017]上述步骤一中，如果添加过量或少量的表面活性剂，都不利于最终生成的生成NaVsOis的晶体结构。实验证明，当添加过量或少量的表面活性剂，最后生成的NaVsOis的晶体结构为长短差异大且无序堆砌的片状结构，这种晶体结构的NaV6O15的用于制备正极时，在充放电过程中会出现比较严重的极化现象，对其电化学性能产生非常不利的影响。而本发明确定了表面活性剂的添加比例，表面活性剂可以有效降低原有的界面张力，同时还可能对材料不同晶面产生不同的选择性吸附，利用空间位阻效应降低产物团聚并且改变形貌，实现对产物形貌的可控合成，故本发明通过确定了表面活性剂的添加比例，使制备得到的NaV6O15的晶体结构为尺寸均匀纳米棒状结构。
[0018]步骤三、将制备的NaV6O15、乙炔黑及粘结剂按质量比75:15:10混合，滴加适量的N-甲基-2-吡咯烷酮，不断研磨搅拌至均匀糊状后涂布于金属棒(比如铝、铜等)上，真空干燥即制作成正极。
[0019]实施例1
[0020]按质量比NH4VO3:NaCl:表面活性剂:去离子水=1:1.5:0.1:100取NH4VO3、NaCl和去离子水，将NH4V03、NaCl和表面活性剂溶于去离子水中，加入适量的盐酸调节混合容易的pH值至2。将所得混合溶液倒入聚四氟乙烯衬里不锈钢高压釜，200°C条件下水热反应24小时，然后自然冷却至室温，将反应得产物进行真空抽滤，用去离子水和乙醇各洗涤两遍，真空干燥后，再放入高温炉中400°C煅烧12小时，制备得到为棕色粉末的NaV6O15。经场发射透射电子显微镜检测发现该制备得到的NaV6O15的晶体结构长度均约1.35um且颗粒大小均匀的纳米棒状结构。
[0021 ]将制备的NaV6O15、乙炔黑及粘结剂按质量比75:15: 10混合，滴加适量的N-甲基_2_吡咯烷酮，不断研磨搅拌至均匀糊状后涂布于铝棒上，真空干燥即制作成正极。以金属钠作对电极，玻璃纤维作隔膜，加入电解液即构成电池。经测试，在电压3.5V的情况下，当电流密度分别为20、50、100和15011^8—1时，此电池首次放电容量分别为147、128、118和10711^1^—1，30次充放电循环后的容量保有率为64.3%、68.7%、71.9%和74.1 %。
[0022]实施例2
[0023]质量比NH4VO3:NaCl:表面活性剂:去离子水=1:2:0.2: 100取NH4VO3、NaCl和去离子水，将NH