一種Ni-MOFs基O3型鈉離子電池正極材料及其制備方法與應用

本發明屬于化學電源，尤其涉及一種ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料及其制備方法與應用。

背景技術：

1、因鈉離子電池（sibs）具有低成本和安全性等特點，鈉離子電池（sibs）比鋰離子電池（libs）更有希望用于大規模儲能領域。由于鈉含量豐富，在安全性方面，周期表中鈉是鋰的下一個元素，化學性質更穩定，此外，鈉離子電池比鋰離子電池具有更高的內阻，這導致在電力不足的情況下不會立即積聚熱量。層狀氧化物材料、聚陰離子化合物和普魯士藍化合物已被廣泛用于制備sibs正極，特別是層狀氧化物因其比容量高、合成方法簡單且價格低廉，并且sibs層狀氧化物中的過渡金屬層比libs具有更多的電化學活性元素（如鎳、鐵和錳）而引起人們的關注。

2、繼層狀含鋰氧化物作為商業鋰離子電池陰極后，鈉離子層狀氧化物材料（過渡層tmo2，tm=mn、fe、co、ni等)已被廣泛用于sibs陰極的主體材料。根據鈉原子的占位（p代表棱柱形位點，o代表八面體位點）和氧原子的構建順序被分為不同的相結構，根據鈉含量和過渡金屬的特性，確定naxtmo2是分為p2、o3和雙相共存結構。

3、o3相層狀氧化物被認為是最有前途的正極材料，因為它們具有優異的早期庫侖效率和比容量。具體來說，nani0.5mn0.5o2是一種典型的無鈷層狀氧化物，具有高理論比容量(240mah×g-1)和大堆積密度。但是，仍然存在一些缺點：o3型nani0.5mn0.5o2在充放電過程中經歷了更復雜的相變，這與na+電荷和空位有關，o3型材料的鈉離子動力學較慢是由于鈉層之間的間距較小，另外o3型nani0.5mn0.5o2材料的表面在空氣存在下產生反應性na，隨后是體內過渡金屬離子的結構變形和氧化，分離出的na+與周圍空氣中的h2o/co2快速反應，在活性物質表面形成naoh或na2co3，導致電池性能損失。因此，尋找解決策略以解決上述不利因素對制備一種高性能鈉離子電池至關重要。

技術實現思路

1、為解決上述技術問題，本發明提出了一種ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料及其制備方法與應用。

2、為實現上述目的，本發明提供了一種ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料的制備方法，以ni-mofs（鎳基金屬有機框架）為前驅體，并加入錳源和鈉源，采用高溫固相法合成所述ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料（o3型nani0.5mn0.5o2）。

3、進一步地，一種ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料的制備方法包括以下步驟：

4、按nani0.5mn0.5o2化學計量比稱取ni-mofs、錳源和鈉源，混合研磨后再次添加鈉源，將所得混合物煅燒后冷卻至室溫，得到所述ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料。

5、更進一步地，一種ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料的制備方法中，所述ni-mofs的制備方法包括以下步驟：

6、將2mmol的ni（no3）2和2mmol的對苯二甲酸溶解在24ml?dmf（n,n-二甲基甲酰胺）溶液中，并連續攪拌溶液至所有固體顆粒溶解，然后將溶液倒入高溫反應器中，在120℃下反應12h，將溶液從反應器中取出，并用乙醇離心3至4次，將離心管中的固體在80℃下干燥6h，得到所述ni-mofs。

7、更進一步地，一種ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料的制備方法中，再次添加鈉源的量為首次加入鈉源質量的5%，再次添加鈉源的目的是為了補償高溫煅燒造成的鈉源損失。

8、更進一步地，一種ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料的制備方法中，所述煅燒的時間為24h，溫度為900℃，升溫速率為5℃/min。

9、更進一步地，一種ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料的制備方法中，所述錳源為二氧化錳，所述鈉源為碳酸鈉。

10、本發明還提供了一種ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料，根據所述制備方法制備得到，分子式為nani0.5mn0.5o2。

11、本發明還提供了所述的ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料在制備鈉離子電池中的應用。

12、與現有技術相比，本發明具有如下優點和技術效果：

13、本發明提出的ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料利用ni-mofs來替代市售的鎳源（氫氧化鎳），通過ni-mofs顯著改變了鈉離子電池正極材料的局部化學環境，ni-mofs的高孔隙率和較大的比表面積促使na層間距增大，有利于鈉離子表面擴散系數的提高，從而使制備的ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料在2.0-4.0v的寬電位范圍內表現出優異的電化學性能，在0.1c時的可逆容量為124mah×g-1，經100次循環的容量保持率為66.75%，在2c時具有99.24mah×g-1的高放電比容量，同時大大提高了材料的空氣穩定性。

技術特征：

1.一種ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，以ni-mofs為前驅體，并加入錳源和鈉源，采用高溫固相法合成所述ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料；

2.根據權利要求1所述的ni-mofs基o3型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：

3.根據權利要求2所述的ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，再次添加鈉源的量為首次加入鈉源質量的5%。

4.根據權利要求2所述的ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，所述煅燒的時間為24h，升溫速率為5℃/min。

5.一種ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料，其特征在于，根據權利要求1-4任一項所述制備方法制備得到，分子式為nani0.5mn0.5o2。

6.如權利要求5所述的ni-mofs基o3型鈉離子電池正極材料在制備鈉離子電池中的應用。

技術總結
本發明提出了一種Ni?MOFs基O3型鈉離子電池正極材料及其制備方法與應用，屬于化學電源技術領域。該鈉離子電池正極材料以Ni?MOFs為前驅體，并加入錳源和鈉源，采用高溫固相法合成，利用Ni?MOFs來替代市售的鎳源，Ni?MOFs顯著改變了鈉離子電池正極材料的局部化學環境，從而使制備的Ni?MOFs基O3型鈉離子電池正極材料在2.0?4.0V的寬電位范圍內表現出優異的電化學性能，經100次循環仍具有高放電比容量，同時提高了材料的空氣穩定性。

技術研發人員：楊波,鐘勝奎,白世偉,史世和,張志遠,廖芝健,陳慶榮,吳千惠
受保護的技術使用者：海南熱帶海洋學院
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21