【技术实现步骤摘要】
本项专利技术的钠离子电池用镍铁锰酸钠的溶胶凝胶法，属于能源材料中的二次电池正极材料的制备方法。
技术介绍
1、锂离子电池具有高能量密度、长寿命、高能量传递效率等特点，在便携式电子产品市场占据主导地位，在电动汽车领域也具有广阔的应用前景。然而，由于锂资源的限制，近年来锂的价格急剧上涨，这限制了其在储能器件中的应用。钠元素储量丰富，具有与li相似的物理化学性质，同时钠离子电池的工作原理和生产工艺也与锂离子电池类似，所以钠离子电池有望成为锂离子电池的有效替代品。
2、目前，正极材料是在全电池中提供钠离子和决定电池电势差的关键部件，正极材料的性能显著影响钠离子电池的总体性能。高比容量和循环稳定的钠离子电池正极材料成为钠离子电池发展的瓶颈。多年来，钠离子电池正极材料也诞生出不同的材料体系，包括过渡金属层状氧化物材料(naxtmo2)、聚阴离子材料(naxmy(xo4)n)和普鲁士蓝(axm[fe(cn)6](1-y)·y·nh2o)及其类似物(如普鲁士白),这三类材料在电化学应用中各有自己的优势和不足。普鲁士蓝/白类似物正极具有优秀的长循环寿命，但是其合成困难，难以大规模商业化生产。而聚阴离子材料由于较大的相对分子质量，限制了其商业化应用场景。层状过渡金属氧化物正极可以在相当高(＞3.0v)的平均电位下提供超过200mah/g的理论钠离子储存容量，且制备工艺与锂电三元兼容，成为商业钠离子电池的首选。
3、溶胶凝胶法在合成钠离子电池正极材料方面具有独特的优势。首先其化学均匀性高，能够实现金属离子在分子水平上的均匀分散
4、但是，上述技术存在络合剂与不同金属元素络合能力不同而导致的元素分散不均，固相反应动力学过程造成阻碍，影响晶粒尺寸和均一性的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有过渡金属层状氧化物钠离子电池正极材料溶胶凝胶法合成过程中，因为络合剂与不同金属元素络合能力不同而导致的元素分散不均，固相反应动力学过程造成阻碍，影响晶粒尺寸和均一性的问题，而提供nifemn基层状金属氧化物钠离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法。本专利技术在现有研究的基础上进一步优化技术细节，平衡各金属离子的络合常数，使其能与络合剂均匀耦合，达到均匀分散的目的，进而加快固相反应速率，使晶粒尺寸减小、比表面积增大。进一步地提升电极材料电化学性能，增强倍率性能和循环稳定性。
2、本专利技术提出一种较为有效的方法，以nani1/3fe1/3mn1/3o2为例，即在溶胶凝胶法合成nani1/3fe1/3mn1/3o2的过程中控制络合剂(柠檬酸)的ph值，就可以得到元素均匀分散，晶粒尺寸均匀、大小可控，电化学性能稳定的过渡金属层状氧化物钠离子电池正极材料。
3、本专利技术的nifemn基层状金属氧化物钠离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法如下：
4、1)称取ch3coona·3h2o、ni(ch3coo)2·4h2o、fen3o9·9h2o、(ch3co2)2mn·4h2o；
5、2)按照m(h2o)＝(n(ch3coona·3h2o)+n(ni(ch3coo)2·4h2o)+n(fen3o9·9h2o)+n((ch3co2)2mn·4h2o))*m(h2o)*50量称取去离子水，将步骤1)称取的盐加入到去离子水中，混匀，得到溶液a；
6、3)按照m(c6h8o7)＝(n(ch3coona·3h2o)+n(ni(ch3coo)2·4h2o)+n(fen3o9·9h2o)+n((ch3co2)2mn·4h2o))*m(c6h8o7)*(1.5～2.0)量称取无水柠檬酸，加入到去离子水中，配制呈溶液b；
7、4)配制氨水溶液，作为溶液c；
8、5)将溶液c加入到溶液b中，混匀后，加入到溶液a中，边加热边搅拌得到干凝胶，烘干后，得到前驱体；
9、6)将前驱体煅烧后，研磨，再煅烧，得到nifemn基过渡金属层状氧化物naxniyfezmn(4-x-2y-2z)o2；
10、其中，m为nifemn基过渡金属层状氧化物naxniyfezmn(4-x-2y-2z)o2质量，n为nifemn基过渡金属层状氧化物naxniyfezmn(4-x-2y-2z)o2物质的量，m为nifemn基过渡金属层状氧化物naxniyfezmn(4-x-2y-2z)o2摩尔质量。
11、进一步地，步骤4)中配制氨水溶液是按照体积比不小于2:1的比例称取nh3·h2o与h2o进行配制。
12、进一步地，步骤5)中边加热边搅拌得到干凝胶的条件为在转速不小于500转、温度不高于90℃。
13、进一步地，步骤5)中烘干条件为温度为120℃～200℃，保温时间不少于10h。
14、进一步地，步骤6)中前驱体煅烧后，研磨，所述的煅烧条件为温度为400℃～550℃，保温时间不少于6h。
15、进一步地，步骤6)中再煅烧条件为840～860℃、保温时间大于12h～15h。
16、进一步地，步骤4)中将溶液c加入到溶液b中，调ph值至2.5～3.5，混匀。
17、本专利技术包含以下有益效果：
18、本专利技术通过控制络合剂的ph值，有效平衡了金属离子na+、ni2+、fe3+、mn2+同络合剂的络合速率和络合顺序，使元素分布更加均匀，缩短了固相反应的距离和时间，进而减小晶粒尺寸，增加了钠离子电池正极材料的倍率性能和循环稳定性。同时因为加速了固相反应，有效降低了煅烧温度，从900℃变为850℃，有效降低了生产能耗。
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1.NiFeMn基层状金属氧化物钠离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法，其特征在于所述的制备方如下：
2.根据权利要求1所述的NiFeMn基层状金属氧化物钠离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法，其特征在于步骤4)中配制氨水溶液是按照体积比不小于2:1的比例称取NH3·H2O与H2O进行配制。
3.根据权利要求1所述的NiFeMn基层状金属氧化物钠离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法，其特征在于步骤5)中边加热边搅拌得到干凝胶的条件为在转速不小于500转、温度不高于90℃。
4.根据权利要求1所述的NiFeMn基层状金属氧化物钠离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法，其特征在于步骤5)中烘干条件为温度为120℃～200℃，保温时间不少于10h。
5.根据权利要求1所述的NiFeMn基层状金属氧化物钠离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法，其特征在于步骤6)中前驱体煅烧后，研磨，所述的煅烧条件为温度为400℃～550℃，保温时间不少于6h。
6.根据权利要求1所述的NiFeMn基层状金属氧化物钠离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法，其特征在
7.根据权利要求1所述的NiFeMn基层状金属氧化物钠离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法，其特征在于步骤4)中将溶液C加入到溶液B中，调pH值至2.5～3.5，混匀。
...【技术特征摘要】
1.nifemn基层状金属氧化物钠离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法，其特征在于所述的制备方如下：
2.根据权利要求1所述的nifemn基层状金属氧化物钠离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法，其特征在于步骤4)中配制氨水溶液是按照体积比不小于2:1的比例称取nh3·h2o与h2o进行配制。
3.根据权利要求1所述的nifemn基层状金属氧化物钠离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法，其特征在于步骤5)中边加热边搅拌得到干凝胶的条件为在转速不小于500转、温度不高于90℃。
4.根据权利要求1所述的nifemn基层状金属氧化物钠离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法，其特征在于步骤5)中烘干...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭尚龙，王建元，刘婷，杜昊博，孟双燕，高晓平，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：
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