[发明专利]一种层状和隧道状混合结构的钠离子电池正极材料、其制备方法和钠离子电池

说明书

本发明提供了一种层状和隧道状混合结构的钠离子电池正极材料的制备方法，包括：将钠源、铁源和锰源按照摩尔比混合，研磨得到混合粉末；将混合粉末第一次煅烧得到中间产物；将中间产物研磨后进行第二次煅烧，得到钠离子电池正极材料。本发明将钠源、铁源和锰源通过经过简单的固相法，结合特定配比，经过两次高温煅烧而制成。该制备方法简单，原料易于得到，实用化程度高。本发明钠离子电池正极材料具备较高的初始容量，具有较好的充放电循环稳定性，同时具有优异的倍率性能在5C(1A g^‑1)时仍有60％的容量。该材料制备成本低廉，易于大规模生产，能满足大规模钠离子电池储能的应用要求。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其是涉及一种层状和隧道状混合结构的钠离子电池正极材料、其制备方法和钠离子电池。

背景技术

目前人类的主要能源是化石燃料，主要是煤和石油等这些不可再生能源，但是化石能源的大量使用带来一系列的环境污染问题，就需要发展清洁能源。随着清洁能源的发展，能源储存系统成为不可或缺的部分。相比于锂而言，钠由于在地球上具有储量丰富，而且钠离子电池与锂离子电池相似的工作原理，使得钠离子电池更适合应用于大规模的能源储存系统。正极材料是钠离子电池中的重要组成部分，决定着钠离子电池的性能。

目前的正极材料中过渡金属层状氧化物由于其比容量高而受到广泛关注，但是同时也存在循环性能差的特点限制了其实际应用。另一种隧道状氧化物有着优异的循环稳定性和倍率性能，但是其比容量低。

因而制备一种具有高比容量和优异的循环稳定性以及倍率性能的正极材料是目前研究的重点。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种层状和隧道状混合结构的钠离子电池正极材料，本发明制备的正极材料具有高比容量和优异的循环稳定性以及倍率性能。

本发明提供了一种层状和隧道状混合结构的钠离子电池正极材料，所述钠离子电池正极材料化学式为Na_0.6Fe_0.04Mn_0.96O₂。

本发明提供了一种层状和隧道状混合结构的钠离子电池正极材料的制备方法，包括：

将钠源、铁源和锰源按照摩尔比混合，研磨得到混合粉末；

将混合粉末第一次煅烧得到中间产物；

将中间产物研磨后进行第二次煅烧，得到钠离子电池正极材料。

优选的，所述钠源、铁源和锰源的摩尔比为0.6:0.04:0.96。

优选的，所述第一次煅烧的温度为400～500℃；升温速度为0.5～1.5℃/min；所述煅烧时间为5～7h。

优选的，所述第二次煅烧的温度为850～930℃；升温速度为1.5～2.5℃/min；所述煅烧时间为14～16h。

优选的，所述钠源选自醋酸钠、硝酸钠、草酸钠和柠檬酸钠中的一种或几种；

所述铁源选自醋酸铁、硝酸铁、草酸铁、硫酸铁和氯化铁中的一种或几种；

所述锰源选自醋酸锰、硝酸锰、硫酸锰和氯化锰中的一种或几种。

本发明提供了一种钠离子电池的正极电极片，所述正极片包括上述技术方案所述的钠离子电池正极材料或由上述技术方案任意一项制备方法制备得到的钠离子电池正极材料。

本发明提供了一种钠离子电池，由上述技术方案所述的正极、隔膜、电解液和负极金属钠组成。

优选的，所述电解液为碳酸酯电解液；所述电解液的浓度为0.1～2M。