钠离子电容电池的NaxMnyAlzO2@Na3V2(PO4)3复合电极材料及应用

技术领域

本发明涉及一种钠离子电容电池的Na

背景技术

目前，钠离子和锂离子具有相似的化学性质，而且在地壳中钠含量更丰富，因此钠是最有吸引力的代替锂的元素之一。然而与锂离子电池相比，现有的钠离子电池能量密度较低，使得对钠离子正极材料的研究较为广泛。

由于多元金属氧化物材料具有成本低、环境友好、安全性能优异等优点而广泛应用于电容电池的正极材料中，但是由于镍的放电电位较低、导电性差，钴的价钱较高、实用性差等原因阻碍了其发展。与此同时，聚阴离子型化合物Na

发明内容

本发明涉及一种钠离子电容电池的Na

本发明的技术解决方案是：

一种钠离子电容电池的Na

(1)将乙酸锰、硝酸铝按摩尔比2:1-4:1混合均匀，然后加水配制成乙酸锰-硝酸铝混合溶液，所述乙酸锰和硝酸铝总摩尔数与水的体积比为0.04mol/L；

(2)将碳酸钠配制成450mL浓度为0.2mol/L的碳酸钠溶液，并加入氨水0.5mL-0.8mL，所述氨水质量浓度为5％-8％，混合均匀后得到碳酸钠-氨水混合溶液；

(3)采用蠕动泵以100mL/min的速度将碳酸钠-氨水混合溶液滴加到乙酸锰-硝酸铝混合溶液中，所述碳酸钠-氨水混合溶液和乙酸锰-硝酸铝混合溶液的体积比为1:1，搅拌均匀后静置，弃去上层清液，离心处理3次，离心速度为6000r/min，每次离心10分钟，保留沉淀物；

(4)将离心获得的沉淀物放入到培养皿中，在100℃的条件下干燥20小时，研磨后，得到Mn

(5)将碳酸钠和Mn

(6)将所得的胶体放入到干燥箱中，在100℃的条件下干燥过夜，研磨后，放置马弗炉中，于250℃-350℃下预烧结2小时，再经800℃-900℃下高温烧结18小时-22小时，随炉冷却，研磨过筛后，得到Na

(7)按摩尔比3:2称取柠檬酸、偏钒酸铵置于烧杯中，加入去离子水，80℃搅拌1.5小时，得到柠檬酸-偏钒酸铵混合溶液；

(8)再按摩尔比3:3称取碳酸钠、磷酸二氢铵置于烧杯中，加入去离子水，将所得混合溶液逐滴加入上述柠檬酸-偏钒酸铵混合溶液中，所述偏钒酸铵与碳酸钠的摩尔比为2:3，80℃搅拌，直至形成溶胶；

(9)将所得的溶胶放入到干燥箱中，在100℃的条件下干燥过夜，研磨后，放置管式炉中，于300℃-400℃下预烧结4小时，再经800℃-900℃下高温烧结8小时-12小时，随炉冷却，研磨过筛后，得到Na

(10)分别按质量比7:3-9:1称取Na

(11)待溶液冷却后，用50mL的超纯水稀释，离心3次，速度为6000r/min，每次离心10 分钟，保留沉淀物；将离心获得的沉淀物放入到培养皿中，在100℃的条件下干燥过夜，研磨后，得到Na

进一步的，所述乙酸锰、硝酸铝按摩尔比3:1，得到Na

一种钠离子电容电池的Na

将Na

本发明的有益效果：

采用共沉淀法与流变相法结合制备钠、锰、铝多元金属氧化物、溶胶凝胶法制备磷酸矾钠、最后用微波消化法将金属氧化物与磷酸钒钠复合，形成Na

附图说明

图1是本发明Na

图2是本发明Na

图3是本发明Na

图4是本发明Na

具体实施方式

实施例1

(1)将0.0135mol乙酸锰、0.0045mol硝酸铝加入450mL水中配制成乙酸锰-硝酸铝混合溶液；

(2)将碳酸钠配制成450mL浓度为0.2mol/L的碳酸钠溶液，并加入质量浓度为6％氨水0.6mL，混合均匀后得到碳酸钠-氨水混合溶液；

(3)采用蠕动泵以100mL/min的速度将450mL碳酸钠-氨水混合溶液滴加到450mL乙酸锰- 硝酸铝混合溶液中，搅拌均匀后静置，弃去上层清液，离心处理3次，离心速度为6000r/min，每次离心10分钟，保留沉淀物；

(4)将离心获得的沉淀物放入到培养皿中，在100℃的条件下干燥20小时，研磨后，得到Mn

(5)将0.012mol碳酸钠、将步骤(4)获得的全部Mn

(6)将所得的胶体放入到干燥箱中，在100℃的条件下干燥过夜，研磨后，放置马弗炉中，于300℃下预烧结2小时，再经850℃下高温烧结20小时，随炉冷却，研磨过筛后，得到Na

(7)将3mol柠檬酸、2mol偏钒酸铵置于烧杯中，加入去离子水，80℃搅拌1.5小时，得到柠檬酸-偏钒酸铵混合溶液；

(8)再将3mol碳酸钠、3mol磷酸二氢铵置于烧杯中，加入去离子水，将所得混合溶液逐滴加入上述柠檬酸-偏钒酸铵混合溶液中，80℃搅拌，直至形成溶胶；

(9)将所得的溶胶放入到干燥箱中，在100℃的条件下干燥过夜，研磨后，放置管式炉中，于350℃下预烧结4小时，再经850℃下高温烧结10小时，随炉冷却，研磨过筛后，得到Na

(10)分别按质量比8:2称取Na

(11)待溶液冷却后，用50mL的超纯水稀释，离心3次，速度为6000r/min，每次离心10 分钟，保留沉淀物；将离心获得的沉淀物放入到培养皿中，在100℃的条件下干燥过夜，研磨后，得到Na

(12)Na

将Na

实施例2

(1)将0.012mol乙酸锰、0.006mol硝酸铝加入450mL水中配制成乙酸锰-硝酸铝混合溶液；

(2)将碳酸钠配制成450mL浓度为0.2mol/L的碳酸钠溶液，并加入质量浓度为5％氨水0.5mL，混合均匀后得到碳酸钠-氨水混合溶液；

(3)采用蠕动泵以100mL/min的速度将450mL碳酸钠-氨水混合溶液滴加到450mL乙酸锰- 硝酸铝混合溶液中，搅拌均匀后静置，弃去上层清液，离心处理3次，离心速度为6000r/min，每次离心10分钟，保留沉淀物；

(4)将离心获得的沉淀物放入到培养皿中，在100℃的条件下干燥20小时，研磨后，得到Mn

(5)将0.012mol碳酸钠、将步骤(4)获得的全部Mn

(6)将所得的胶体放入到干燥箱中，在100℃的条件下干燥过夜，研磨后，放置马弗炉中，于250℃下预烧结2小时，再经800℃下高温烧结18小时，随炉冷却，研磨过筛后，得到Na

(7)将3mol柠檬酸、2mol偏钒酸铵置于烧杯中，加入去离子水，80℃搅拌1.5小时，得到柠檬酸-偏钒酸铵混合溶液；

(8)再将3mol碳酸钠、3mol磷酸二氢铵置于烧杯中，加入去离子水，将所得混合溶液逐滴加入上述柠檬酸-偏钒酸铵混合溶液中，80℃搅拌，直至形成溶胶；

(9)将所得的溶胶放入到干燥箱中，在100℃的条件下干燥过夜，研磨后，放置管式炉中，于300℃下预烧结4小时，再经800℃下高温烧结8小时，随炉冷却，研磨过筛后，得到Na

(10)分别按质量比7:3称取Na

(11)待溶液冷却后，用50mL的超纯水稀释，离心3次，速度为6000r/min，每次离心10 分钟，保留沉淀物；将离心获得的沉淀物放入到培养皿中，在100℃的条件下干燥过夜，研磨后，得到Na

(12)Na

将Na

实施例3

(1)将0.0144mol乙酸锰、0.0036mol硝酸铝加入450mL水中配制成乙酸锰-硝酸铝混合溶液；

(2)将碳酸钠配制成450mL浓度为0.2mol/L的碳酸钠溶液，并加入质量浓度为8％氨水0.8mL，混合均匀后得到碳酸钠-氨水混合溶液；

(3)采用蠕动泵以100mL/min的速度将450mL碳酸钠-氨水混合溶液滴加到450mL乙酸锰- 硝酸铝混合溶液中，搅拌均匀后静置，弃去上层清液，离心处理3次，离心速度为6000r/min，每次离心10分钟，保留沉淀物；

(4)将离心获得的沉淀物放入到培养皿中，在100℃的条件下干燥20小时，研磨后，得到Mn

(5)将0.012mol碳酸钠、将步骤(4)获得的全部Mn

(6)将所得的胶体放入到干燥箱中，在100℃的条件下干燥过夜，研磨后，放置马弗炉中，于350℃下预烧结2小时，再经900℃下高温烧结22小时，随炉冷却，研磨过筛后，得到Na

(7)将3mol柠檬酸、2mol偏钒酸铵置于烧杯中，加入去离子水，80℃搅拌1.5小时，得到柠檬酸-偏钒酸铵混合溶液；

(8)再将3mol碳酸钠、3mol磷酸二氢铵置于烧杯中，加入去离子水，将所得混合溶液逐滴加入上述柠檬酸-偏钒酸铵混合溶液中，80℃搅拌，直至形成溶胶；

(9)将所得的溶胶放入到干燥箱中，在100℃的条件下干燥过夜，研磨后，放置管式炉中，于400℃下预烧结4小时，再经900℃下高温烧结12小时，随炉冷却，研磨过筛后，得到Na

(10)分别按质量比9:1称取Na

(11)待溶液冷却后，用50mL的超纯水稀释，离心3次，速度为6000r/min，每次离心10 分钟，保留沉淀物；将离心获得的沉淀物放入到培养皿中，在100℃的条件下干燥过夜，研磨后，得到Na

(12)Na

将Na

将实施例1中的Na

电容电池的材料及组装过程：

材料：电池壳体，Na

组装过程：将极片置于电池壳体中；分别取两片聚丙烯隔膜均匀蘸取电解液后依次置于极片之上；再用一次性滴管吸取少量电解液在两层隔膜之上滴2mL电解液；切取钠块置于隔膜之上；将厚度为0.8mm的垫片以及弹片先后置于钠块之上；盖好电池壳体。

按照上述操作用实施例1制备的电极组装电容电池所测得的数据如图4所示，由图4 可知，在电流密度分别为0.1C、0.2C、0.5C时，电池比容量可以达到172mAh/g、167mAh/g、145mAh/g，电池衰减率较低，0.5C大电流密度下电池比容量仍能达到145mAh/g。这是因为电极材料中Al的掺杂能够提升电池的导电性，有利于离子之间的电荷转移，使离子的嵌入/嵌出可逆性增加，同时聚阴离子化合物结构多样且稳定，可以提高材料的操作点位，从而提高能量密度，提高电压平台。

本发明的Na

按照上述操作将实施例1-实施例3，以及实施例1制备的Na

表1

以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。