一种用作钠离子电池正极材料的富钠过渡金属硅酸盐的制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种钠离子电池正极材料的制备方法及应用。该钠离子电池正极材料为富钠过渡金属硅酸盐材料，其制备方法是利用溶胶‑凝胶法制备前驱体，再采用固相烧结法进行前驱体转化。制得的富钠过渡金属硅酸盐的化学式为Na₂MSiO₄，其中M为过渡金属Ti、Cr、Ni、Mn、Co或V。所制得的富钠过渡金属硅酸盐材料属于聚阴离子型化合物，且可以进行充分的钠离子脱嵌、还拥有稳定的框架结构。基于这些优点，本发明制得的富钠过渡金属硅酸盐材料应用于钠离子电池的电池正极材料，具有比容量高，循环稳定性好的优点；同时富钠过渡金属硅酸盐材料属于Na‑Si‑O体系材料，其元素储量丰富，制作成本低,适于钠离子电池大规模开发与应用。

主权项

一种用作钠离子电池正极材料的富钠过渡金属硅酸盐的制备方法，其特征在于溶胶‑凝胶法制备前驱体、固相法烧结成相；所述的溶胶‑凝胶法制备前驱体的步骤为：将过渡金属盐或过渡金属氧化物和钠盐混合，混合比例按照所述过渡金属盐或过渡金属氧化物中金属原子摩尔数:所述钠盐的钠原子摩尔数=1: 2～3；将混合物溶于乙醇或去离子水中，在50℃下磁力搅拌1小时，使固体粉末溶解完全并混合均匀；然后调低磁力搅拌速度至200r/min，加入正硅酸乙酯作为硅源，满足所述钠盐的钠原子摩尔数:硅原子摩尔数= 2～3:1；再滴加一定量酸性催化剂，调节溶液PH值至6以下；加快磁力搅拌速度至400r/min，在50℃下搅拌2小时，形成稳定均匀的溶胶；保持搅拌速度不变，升温至70～80℃，密封容器，蒸发溶剂，得到均匀的湿凝胶；转移湿凝胶至干燥箱中，在60～120℃下干燥10小时以上，获得均匀干燥的凝胶前驱体；所述固相烧结成相的步骤为：将凝胶前驱体研磨成细粉，称取适量粉末，在30～40MPa下保压，将粉末压成片状前驱体；将片状前驱体用石墨纸覆盖，放置于真空管式炉中，惰性气体保护，在600～900℃下烧结10小时以上，即得到所述富钠过渡金属硅酸盐。