[发明专利]钠离子二次电池复合正极材料及其制备方法和电池

说明书

本发明实施例涉及一种钠离子二次电池复合正极材料及其制备方法和电池，钠离子二次电池复合正极材料具体为含过渡金属的氧化物材料和普鲁士蓝体系纳米颗粒的共混材料；含过渡金属的氧化物材料的化学通式为Na_xCu_yFe_zMn_iM_{1‑y‑z‑i}O₂；M为对过渡金属位进行掺杂取代的元素，包括Li，Ni，Mg，Al，Cr，Ti，Mo，Nb，V中的一种或多种元素组合；x,y,z,i的取值满足化学式的电荷平衡；普鲁士蓝体系纳米颗粒的化学通式为Na_jMA_k[MB(CN)₆]_n·mH₂O；MA为Fe,Co,Ni,Cu等过渡金属元素的一种,MB为Fe,Co,Ni,Cu等过渡金属元素的一种,j,k,n的取值满足化学式的电荷平衡；在共混材料中，含过渡金属的氧化物材料和普鲁士蓝体系纳米颗粒的质量比为1：0.001‑1：0.2；普鲁士蓝体系纳米颗粒填充在含过渡金属的氧化物材料的颗粒之间。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种钠离子二次电池复合正极材料及其制备方法和电池。

背景技术

钠离子电池因其成本优势而在储能领域有着广泛的应用前景，其工作原理与锂离子电池类似，利用钠离子在正负极之间可逆的嵌入脱出来实现能量的存储与释放。

目前用于钠离子电池的正极材料主要有过渡金属氧化物体系，聚阴离子化合物(磷酸盐体系，氟磷酸盐体系，NASICON结构)及普鲁士蓝体系三大类。其中，具有高比容量的过渡金属氧化物正极材料引起了人们的广泛关注和研究。但是这类材料随着充放电次数的增加，由于其表面较高的活性及较差的结构稳定性而造成的电化学性能衰减的问题也越来越严重。

现有的改善方法如对材料表面进行包覆，虽在一定程度缓解了上述问题，但是增加包覆量又会降低材料的首次充放电容量。例如Hwang等人使用Al₂O₃包覆Na[Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2]O₂，虽提高了材料的循环稳定性能，但同时也降低了材料的首次充放电比容量(J.Mater.Chem.A,2017,5,23671–23680)；又如公开号为106848298A的专利中使用金属氧化包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂，与单纯LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂相比，同样具有较低的充放电比容量。

发明内容

本发明的目的是提供一种钠离子二次电池复合正极材料及其制备方法和电池，通过将普鲁士蓝体系纳米颗粒均匀地填充到含过渡金属的氧化物材料颗粒之间，减少电解质与含过渡金属的氧化物的正极材料的接触面积，从而减少副反应；普鲁士蓝体系材料自身可提供容量并且结构稳定，可以维持正极材料的结构稳定性，从而提高电池的循环稳定性能；本发明通过将两种材料机械共混即可有效提高电池循环稳定性能，材料合成方法不用改变现有工艺技术，简单实用。

为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种钠离子二次电池复合正极材料，所述钠离子二次电池复合正极材料具体为含过渡金属的氧化物材料和普鲁士蓝体系纳米颗粒的共混材料；

所述含过渡金属的氧化物材料的化学通式为Na_xCu_yFe_zMn_iM_1-y-z-iO₂；其中M为对过渡金属位进行掺杂取代的元素，包括Li，Ni，Mg，Al，Cr，Ti，Mo，Nb，V中的一种或多种元素组合；0.5＜x≤1，0＜y≤0.3，0＜z≤0.5，0＜i≤0.5；x,y,z,i的取值满足化学式的电荷平衡；