本發(fā)明涉及電池正極材料，具體為一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池是世界上最早的二次電池之一，也是目前應(yīng)用最為廣泛的二次電池，但由于鋰資源的逐漸匱乏，鋰離子電池的成本越來越高昂，因而研發(fā)人員致力于研發(fā)鈉離子電池，試圖在部分應(yīng)用領(lǐng)域中代替鋰離子。

2、而在鈉離子電池材料的研發(fā)過程中，正極材料是較為熱門的產(chǎn)品，現(xiàn)有市面上鈉離子電池正極材料一般為過渡金屬氧化物、普魯士藍及其類似物、聚陰離子型化合物，其中聚陰離子型化合物具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，成為主要的原料之一，如何提高聚陰離子型正極材料的電化學(xué)性能，這是現(xiàn)有亟待解決的技術(shù)問題之一。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料及其應(yīng)用，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

3、步驟（1）：將聚多巴胺包覆石墨烯與去離子水混合，超聲分散20~30min，再加入乙酸鈉、氯化亞鐵，85~95℃水浴下攪拌反應(yīng)1.5~2.5h，離心收集產(chǎn)物，洗滌干燥，得到三氧化二鐵負載石墨烯；

4、步驟（2）：將磷酸二氫鈉和去離子水混合，加入葡萄糖和三氧化二鐵負載石墨烯，攪拌均勻，再加入鉻摻雜劑和/或釩摻雜劑，超聲分散20~30min，40~45℃下研磨30~40min，再加入無水乙醇，繼續(xù)研磨30~40min，60~70℃下真空干燥，再轉(zhuǎn)移至氮氣環(huán)境下，以3~4℃/min的升溫速率升溫至500~550℃，保溫10~11h，得到鈉離子電池正極材料。

5、較優(yōu)化的方案，步驟（2）中，所述磷酸二氫鈉、三氧化二鐵負載石墨烯的質(zhì)量比為（1~1.1）：1；所述葡萄糖的用量為磷酸二氫鈉、三氧化二鐵負載石墨烯總質(zhì)量的4~5wt%。

6、較優(yōu)化的方案，步驟（2）中，所述鉻摻雜劑用量為磷酸二氫鈉、三氧化二鐵負載石墨烯總質(zhì)量的4~6wt%；所述鉻摻雜劑為氯化鉻、硝酸鉻、乙酸鉻中的任意一種。

7、較優(yōu)化的方案，步驟（2）中，所述釩摻雜劑為偏釩酸鈉、正釩酸鈉中的任意一種；所述釩摻雜劑用量為磷酸二氫鈉、三氧化二鐵負載石墨烯總質(zhì)量的1~3wt%。

8、較優(yōu)化的方案，當(dāng)鉻摻雜劑、釩摻雜劑配合添加時，所述鉻摻雜劑、釩摻雜劑的質(zhì)量比為（1.7~1.9）：1。

9、較優(yōu)化的方案，步驟（1）中，所述聚多巴胺包覆石墨烯、乙酸鈉、氯化亞鐵的質(zhì)量比為1：（8~10）：（4~5）。

10、較優(yōu)化的方案，聚多巴胺包覆石墨烯的制備步驟為：

11、s1：將二甲基甲酰胺和去離子水混合，攪拌均勻，加入膨脹石墨，25~30℃下靜置20~24h，超聲分散2~3h，每次超聲分散持續(xù)的時間為30~60min，間隔時間為30~60min，得到石墨烯分散液；

12、s2：將鹽酸多巴胺和去離子水混合，攪拌均勻，得到多巴胺溶液；

13、將tris溶于去離子水，加入鹽酸（5mm），配置tris-hcl緩沖液（10mm，ph為8.5）；在tris-hcl緩沖液中加入石墨烯分散液，冰水浴下超聲分散30~40min，再加入多巴胺溶液，60~65℃下攪拌反應(yīng)15~20h，過濾收集產(chǎn)物，洗滌干燥，得到聚多巴胺包覆石墨烯。

14、較優(yōu)化的方案，所述二甲基甲酰胺和去離子水的質(zhì)量比為4：1；所述石墨烯分散液的濃度為2~3g/l；所述多巴胺溶液的濃度為4~5g/l，所述石墨烯分散液、鹽酸多巴胺的質(zhì)量比為1：（1~1.5）。

15、較優(yōu)化的方案，根據(jù)以上任一項所述的制備方法制備的一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料。

16、較優(yōu)化的方案，一種鈉離子電池，所述鈉離子電池中包括以上方法中所述的一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達到的有益效果是：

18、本申請公開了一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料及其應(yīng)用，方案以多層石墨烯為基底，通過聚多巴胺包覆，再在其表面化學(xué)沉積三氧化二鐵顆粒，并將其與磷酸二氫鈉、葡萄糖、鉻摻雜劑和/或釩摻雜劑混合作為原料，研磨并高溫煅燒，以得到摻雜鉻和/或釩的正極材料（na4fexcryvz（po4）2p2o7），該正極材料制備的鈉離子電池的循環(huán)性能、倍率性能得到提升，綜合電化學(xué)性能優(yōu)異。

19、在本申請中，方案首先將膨脹石墨超聲分散形成多層石墨烯，再在多層石墨烯表面包覆聚多巴胺，其目的在于：一方面，聚多巴胺的存在能夠提高三氧化二鐵在石墨烯表面沉積更加均勻，后續(xù)正極材料原位生成時的分布也更加均勻；另一方面，由于聚多巴胺的存在，其會與葡萄糖配合抑制石墨烯表面的正極材料的尺寸，避免其團聚；同時，在后續(xù)高溫煅燒后，聚多巴胺和葡萄糖熱解，從而形成類似“三明治”結(jié)構(gòu)，多層石墨烯基底的存在能夠提供一層導(dǎo)電基底，而聚多巴胺-正極材料-葡萄糖碳膜的結(jié)構(gòu)會極大程度的提高正極材料的電化學(xué)性能。

20、在此基礎(chǔ)上，方案還引入了鉻摻雜劑和/或釩摻雜劑，鉻摻雜劑和/或釩摻雜劑的引入能夠改善產(chǎn)品的充放電性能，本申請中公開了多種方案，方案一：僅引入鉻摻雜劑；方案二：鉻摻雜劑和釩摻雜劑復(fù)配添加，并限定“所述釩摻雜劑為偏釩酸鈉、正釩酸鈉中的任意一種；所述釩摻雜劑用量為磷酸二氫鈉、三氧化二鐵負載石墨烯總質(zhì)量的1~3wt%、所述鉻摻雜劑用量為磷酸二氫鈉、三氧化二鐵負載石墨烯總質(zhì)量的4~6wt%；所述鉻摻雜劑為氯化鉻、硝酸鉻、乙酸鉻中的任意一種”；方案三：當(dāng)鉻摻雜劑、釩摻雜劑配合添加時，所述鉻摻雜劑、釩摻雜劑的質(zhì)量比為（1.7~1.9）：1；其中方案三參數(shù)下制備得到的正極材料的循環(huán)性能最為優(yōu)異。

技術(shù)特征：

1.一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，所述磷酸二氫鈉、三氧化二鐵負載石墨烯的質(zhì)量比為（1~1.1）：1；所述葡萄糖的用量為磷酸二氫鈉、三氧化二鐵負載石墨烯總質(zhì)量的4~5wt%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，所述鉻摻雜劑用量為磷酸二氫鈉、三氧化二鐵負載石墨烯總質(zhì)量的4~6wt%；所述鉻摻雜劑為氯化鉻、硝酸鉻、乙酸鉻中的任意一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，所述釩摻雜劑為偏釩酸鈉、正釩酸鈉中的任意一種；所述釩摻雜劑用量為磷酸二氫鈉、三氧化二鐵負載石墨烯總質(zhì)量的1~3wt%。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：當(dāng)鉻摻雜劑、釩摻雜劑配合添加時，所述鉻摻雜劑、釩摻雜劑的質(zhì)量比為（1.7~1.9）：1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，所述聚多巴胺包覆石墨烯、乙酸鈉、氯化亞鐵的質(zhì)量比為1：（8~10）：（4~5）。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：所述石墨烯分散液的濃度為2~3g/l；所述多巴胺溶液的濃度為4~5g/l，所述石墨烯分散液、鹽酸多巴胺的質(zhì)量比為1：（1~1.5）。

8.根據(jù)權(quán)利要求1~7中任一項所述的制備方法制備的一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料。

9.一種鈉離子電池，其特征在于：所述鈉離子電池中包括權(quán)利要求8所述的一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種高循環(huán)性能的鈉離子電池正極材料及其應(yīng)用。本申請以多層石墨烯為基底，通過聚多巴胺包覆，再在其表面化學(xué)沉積三氧化二鐵顆粒，并將其與磷酸二氫鈉、葡萄糖、鉻摻雜劑和/或釩摻雜劑混合作為原料，研磨并高溫煅燒，以得到摻雜鉻和/或釩的正極材料，該正極材料制備的鈉離子電池的循環(huán)性能、倍率性能得到提升，綜合電化學(xué)性能優(yōu)異。

技術(shù)研發(fā)人員：李晨威,韓鵬,喬少華
受保護的技術(shù)使用者：無錫鈉科能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6