【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于鈉離子電池，具體涉及一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、近幾年電化學儲能領域發展迅速，正致力于高容量、高能量密度和高安全性電池的研發。盡管鋰離子電池(libs)在儲能市場上已經盛行了幾十年，但由于鋰資源缺乏，依賴進口，成本高和安全問題，已經產生了越來越多的擔憂，并嚴重阻礙了其在大規模儲能系統中的進一步應用。鈉離子電池(sibs)與鋰離子電池有著相似的工作機理，因其成本效益和天然豐度而被認為是libs的有前途的替代品。但是，鈉離子電池的應用還面臨著能量密度低、循環壽命短、穩定性差的難題。其中正極材料對于提高電池性能有重要影響，解決正極材料就是解決了鈉離子電池的普及問題，因此開發高能量密度和優異循環穩定性正極材料便是鈉電革新的關鍵所在。
2、過渡金屬氧化物材料具有合成簡單、組成可調、功率密度高等優點。層狀過渡金屬氧化物材料，通式為naxmeo2，其中me為過渡金屬位點。層狀過渡金屬氧化物材料100％的過渡金屬位點的金屬元素均可調節，為鐵錳基正極材料的化學成分設計提供了很大便利。具體地，根據結構中鈉離子含量的不同，可以分為貧鈉的隧道型過渡金屬氧化物，中等鈉含量的p2相過渡金屬氧化物和富鈉的o3相過渡金屬氧化物。其中，o3相氧化物的化學計量比接近于1，富鈉的相結構使得該材料有更高的初始容量，被認為是最具應用前景的鈉離子電池正極材料之一。然而，此類化合物具有明顯的缺點：這種材料在反應過程中會經歷復雜的相變，這會導致材料循環穩定性的下降。因此如何穩定o3相過渡金屬氧化物材料在
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術提供一種鈦摻雜高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的制備方法，該合成方法工藝簡單，可控性好，其原料廉價且來源廣泛，所得到的材料顆粒粒徑均一、分布均勻、結晶度高，改善了材料電子和離子電導率，獲得了高可逆容量以及出色循環穩定性能，從而在降低材料制備成本的同時，提高材料的電化學性能。
2、本專利技術解決上述技術問題所采用的技術方案為：
3、一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的制備方法，包括以下步驟：
4、(1)將鐵源、銅源、錳源和鎳源按所有組分摩爾量之和的比例為2：2：3：2溶于乙醇和乙二醇的水溶液中，形成第一溶液；將含鈉沉淀劑溶于甲醇和乙醇的水溶液中，形成第二溶液；
5、(2)將甲醇溶液轉移至反應容器中，進行油浴加熱，反應容器頂部設置三個端口，反應容器的第一個端口通入氫氬反應穩護保護氣，第一溶液通過第二個端口滴加至反應容器，第二溶液通過第三個端口滴加至反應容器，打開磁力攪拌，同時調節溶液ph；待第一溶液和第二溶液滴加完畢，在油浴下攪拌，得到橙黃色溶液；
6、(3)將所得橙黃色溶液靜置陳化，再進行離心并固液分離，獲得的離心沉淀物用水洗滌，再用無水乙醇洗滌；將洗滌后的沉淀物在110±5℃真空干燥，得到前驅體，即mncf碳酸鹽沉淀；
7、(4)將制得的mncf碳酸鹽沉淀與補鈉劑、二氧化鈦和有機溶劑充分混合研磨，進行超聲攪拌，得到混合物；
8、(5)將上述步驟(4)中的混合物在氮氬抗氧化保護氣下進行加熱，隨爐冷卻后快速研磨后得到鈦摻雜高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料，記為na0.8mn0.3ni0.2cu0.2fe0.2ti0.1o2。
9、其中：
10、所述步驟(1)中，鐵源為feso4·7h2o和fe(no3)3·9h2o的混合物，feso4·7h2o和fe(no3)3·9h2o摩爾比為(1～2.15)：1。
11、所述步驟(1)中，銅源為cu(no3)2·3h2o和cucl2·2h2o的混合物，cu(no3)2·3h2o和cucl2·2h2o摩爾比為(1～1.6)：1。
12、所述步驟(1)中，錳源為mn(no3)2·4h2o和mnso4·h2o的混合物，mn(no3)2·4h2o和mnso4·h2o摩爾比為(1.15～1.32)：1。
13、所述步驟(1)中，鎳源為ni(no3)2·6h2o和niso4·6h2o的混合物，ni(no3)2·6h2o和niso4·6h2o摩爾比為(1～2.4)：1。
14、所述步驟(1)中，含鈉沉淀劑為na2co3、nahco3和ch3coona的混合物，na2co3、nahco3和ch3coona的摩爾比為(2～6.5)：(0.145～0.15)：0.1；含鈉沉淀劑的加入量與鐵源、銅源、錳源和鎳源加入金屬元素總量摩爾比為(1.55～1.8)：1。
15、所述步驟(1)中，鐵源在第一溶液中的濃度為0.44mol/l，含鈉沉淀劑中的鈉離子在第二溶液中的濃度為4.15mol/l～4.7mol/l。
16、所述步驟(1)中，乙醇和乙二醇的水溶液中，乙醇、乙二醇和水的摩爾比為(0.2～1)：(0.2～1)：10。
17、所述步驟(1)中，甲醇和乙醇的水溶液中，甲醇、乙醇和水的摩爾比為(0.2～0.6)：(0.2～0.6)：10。
18、所述步驟(2)中，油浴溫度為60±1℃，攪拌時間為10h～14h；第一溶液和第二溶液的滴加速率為200μl/min～500μl/min，ph范圍為8～8.2。
19、所述步驟(2)中，氫氬反應穩護保護氣為ar和h2的混合氣體，ar和h2的體積比為(19～49)：1。
20、所述步驟(2)中，甲醇溶液中，甲醇和水的摩爾比為(0.2～0.5)：10。
21、所述步驟(2)中，第一溶液、第二溶液和甲醇溶液的體積比為2：3：10。
22、所述步驟(3)中，橙黃色溶液靜置陳化時間為3h～6h，離心速度為7000r/min～9000r/min，離心時間為4min～7min；洗滌后的沉淀物真空干燥時間為10h～18h。
23、所述步驟(4)中，補鈉劑為nano3和nacl的混合物，nano3和nacl質量比為(4～6)：1。
24、所述步驟(4)中，mncf碳酸鹽沉淀、補鈉劑和二氧化鈦的質量比為(14～15)：(10.95～11.1)：1。
25、所述步驟(4)中，有機溶劑為丙酮、乙醇和甲苯的混合物，且體積比為1：1：(0.05～0.1)。
26、所述步驟(4)中，mncf碳酸鹽沉淀、補鈉劑和二氧化鈦的總質量與有機溶劑的體積的比值g：l為(90～92.8)：1。
27、所述步驟(4)中，超聲攪拌具體為，超聲分散1h～3h后，再強磁力攪拌8h～14h。
28、所述步驟(5)中，氮氬抗氧化保護氣為ar和n2的混合氣體，n2和ar的體積比為(3～4)：1。
29、所述步驟(5)中，加熱過程具體為：以5℃/min～8℃/min升溫速度升溫至4本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，鐵源為FeSO4·7H2O和Fe(NO3)3·9H2O的混合物，FeSO4·7H2O和Fe(NO3)3·9H2O摩爾比為(1～2.15)：1；
3.根據權利要求1所述的一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，乙醇和乙二醇的水溶液中，乙醇、乙二醇和水的摩爾比為(0.2～1)：(0.2～1)：10；
4.根據權利要求1所述的一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，油浴溫度為60±1℃，攪拌時間為10h～14h；第一溶液和第二溶液的滴加速率為200μL/min～500μL/min，pH范圍為8～8.2。
5.根據權利要求1所述的一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，氫氬反應穩護保護氣為Ar和H2的混合氣體，Ar和H2的體積比為
6.根據權利要求1所述的一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中，補鈉劑為NaNO3和NaCl的混合物，NaNO3和NaCl質量比為(4～6)：1；
7.根據權利要求1所述的一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中，MNCF碳酸鹽沉淀、鈉源B和二氧化鈦的總質量與有機溶劑的體積的比值g：L為(90～92.8)：1；
8.根據權利要求1所述的一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)中，氮氬抗氧化保護氣為Ar和N2的混合氣體，N2和Ar的體積比為(3～4)：1；所述加熱過程具體為：以5～8℃/min升溫速度升溫至400～550℃，保溫4～5h，再升溫至850～900℃，保溫10～13h。
9.一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料，其特征在于，采用權利要求1所述的方法制得，具體為Na0.8Mn0.3Ni0.2Cu0.2Fe0.2Ti0.1O2。
10.權利要求9所述的一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的應用，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，鐵源為feso4·7h2o和fe(no3)3·9h2o的混合物，feso4·7h2o和fe(no3)3·9h2o摩爾比為(1～2.15)：1；
3.根據權利要求1所述的一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，乙醇和乙二醇的水溶液中，乙醇、乙二醇和水的摩爾比為(0.2～1)：(0.2～1)：10；
4.根據權利要求1所述的一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，油浴溫度為60±1℃，攪拌時間為10h～14h；第一溶液和第二溶液的滴加速率為200μl/min～500μl/min，ph范圍為8～8.2。
5.根據權利要求1所述的一種高熵鐵錳基過渡金屬層狀氧化物正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，氫氬反應穩護保護氣為ar和h2的混合氣體，ar和h2的體積比為(19～49)：1；甲醇溶液中，甲醇和水的摩爾比為(0.2～0.5)：10；所述第一...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳浪，鐘含瑾，任康瑞，冷心怡，田悅，趙路路，伊廷鋒，
申請(專利權)人：東北大學秦皇島分校，
類型：發明
國別省市：
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