[发明专利]一种核壳结构钠离子电池正极材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种核壳结构钠离子电池正极材料及其制备方法和用途，所述核壳结构钠离子电池正极材料包括：内核和包覆于所述内核外的包覆层外壳；内核由O3相的Na_xM1_aM2_bO₂构成，空间群为R‑3m，0.8≤x≤1.0，a+b＝1；M1为过渡金属元素，M2为非过渡金属元素；包覆层外壳由P2相氧化物或隧道结构材料构成；其中，P2相氧化物为Na_yM3_cM4_dO₂，空间群为P63/mmc，0.6≤y≤0.8，c+d＝1；M3为过渡金属元素，M4为非过渡金属元素；隧道结构材料为Na_zM5_eM6_fO₂，空间群为Pbam，0.22≤z≤0.66，e+f＝1；M5为过渡金属元素，M6为非过渡金属元素。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种核壳结构钠离子电池正极材料及其制备方法和用途。

背景技术

化石能源枯竭的问题已经引起了社会的广泛关注，可再生的清洁能源如太阳能风能的大规模利用刻不容缓。由于这类清洁能源的间歇性特征难以直接并网使用，储能设备特别是电化学储能的快速发展十分重要。在电化学储能中锂离子电池以其高电压、高容量、长循环寿命在人们生活中得到广泛应用。但是由于锂资源储量有限且分布不均，随着有限锂资源的逐渐消耗，锂的成本逐渐升高，其作为规模储能锂离子电池必然会受到限制。尤其是近年来，锂离子电池成本因为在3C领域以及电动汽车领域的广泛应用而升高，无法满足大规模储能市场的低成本需求。

所以在储能领域，需要寻找一种补充甚至替代锂离子电池的二次电池体系。与其处于同一主族的元素钠与锂具有非常相似的物理和化学性质，并且钠在地球上的丰度比锂要高，成本较低，所以发展钠离子二次电池作为大规模储能设备成为一个比较好的选择。

发明内容

本发明提供了一种核壳结构钠离子电池正极材料及其制备方法和用途。所述核壳结构钠离子电池正极材料容量较高、循环性能优异、倍率性能好，制备方法简单，提升了材料的综合性能以及应用潜力。应用本发明正极材料的钠离子二次电池，首周效率高，循环性能优异，倍率性能优异，安全性能好，可以用于太阳能发电、风力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源或通信基站的大规模储能设备。

第一方面，本发明实施例提供了一种核壳结构钠离子电池正极材料，包括：内核和包覆于所述内核外的包覆层外壳；

所述内核由O3相的Na_xM1_aM2_bO₂构成，空间群为R-3m，其中，0.8≤x≤1.0，a+b＝1并且使材料满足电中性；M1为过渡金属元素，包括Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn的一种或几种；M2为非过渡金属元素，包括Li、B、Mg、Al、Si、Ca中的一种或几种；

所述包覆层外壳由P2相氧化物或隧道结构材料构成；其中，所述P2相氧化物为Na_yM3_cM4_dO₂，空间群为P63/mmc，0.6≤y≤0.8，c+d＝1并且使材料满足电中性；M3为过渡金属元素，包括Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn的一种或几种；M4为非过渡金属元素，包括Li、B、Mg、Al、Si、Ca中的一种或几种；所述隧道结构材料为Na_zM5_eM6_fO₂，空间群为Pbam，0.22≤z≤0.66，e+f＝1并且使材料满足电中性；M5为过渡金属元素，包括Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn的一种或几种；M6为非过渡金属元素，包括Li、B、Mg、Al、Si、Ca中的一种或几种。

优选的，所述核壳结构钠离子电池正极材料中，所述包覆层外壳占所述核壳结构钠离子电池正极材料的质量百分比为0.1％-50％。