[发明专利]用于钠离子电池的五元层状氧化物正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属电化学技术领域，具体涉及一类用于钠离子电池的正极材料及其制备方法。

背景技术

由于化石燃料等传统能源的大量使用造成了全球性的环境问题和气候变化另一方面化石燃料等不可再生能源的储量也是有限的。所以开发新能源就显得尤其重要，风能、太阳能、潮汐能等由于受天气和资历位置的影响较大，对其的有效利用就需要将其和化学电源结合使用，将其发出的电能储存于化学电源中，在经过电网输送给用户。大规模的储能需要大量的化学电源，现在已经比较成熟的商品化的电池如铅酸蓄电池由于使用重金属铅会造成很大的环境污染，对于锂离子电池，如果大规模使用，一方面是，在地壳中金属锂的储量有限，另一方面锂离子电池的成本很高。而钠离子电池，其在主体材料中的嵌入脱出客体为钠，电解质盐为钠元素，钠元素在地球上的储量远远大于锂，并且价格也比锂便宜。而且在在钠离子电池中，Al和Na没有合金，所以负极集流体可以选择用Al箔，能够进一步降低价格。钠离子电池作为大规模储能应用的电池将会有很大优势。寻找大容量，高能量密度的钠离子正极材料显得尤为迫切。

发明内容

本发明的目的在于提出一种性能良好的钠离子电池正极材料及其制备方法。

本发明提出的锂离子电池正极材料，同时含有过渡金属Ni、e、Co、Mn和Ti，为一种五元层状过渡金属氧化物，化学式为：NaNi_mFe_nCo_xMn_yTi_zO₂，0<m,n,x,y,z<1。

经研究表明，此类材料具有良好的电化学性能，可作为高性能钠离子电池的正极材料。目前为止没有关于NaNi_mFe_nCo_xMn_yTi_zO₂材料用作钠离子电池正极材料的报道。

本发明提出的作为钠离子电池正极材料的NaNi_mFe_nCo_xMn_yTi_zO₂为粉体形式，其一次颗粒大小为1~2μm。

本发明使用一种简单的固相合成方法制备NaNi_mFe_nCo_xMn_yTi_zO₂正极材料，具体步骤如下：

将碳酸钠，氧化镍，氧化钴，氧化铁，氧化钛，氧化锰(或者高温分解只能生成其氧化物的其他前驱体)等按照化学计量比混合均匀，然后压成小圆片，将其放入氧气流和空气的电炉内进行高温反应，反应温度在700-1000摄氏度之间，反应时间为2-48h。然后用研钵研磨至精细颗粒。

粉末的颗粒形貌可由扫描电镜测定。

本发明中，NaNi_mFe_nCo_xMn_yTi_zO₂的晶体结构由X射线衍射仪测定。