[发明专利]用于低温工作的两相锰基P2相钠离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于低温工作的两相锰基P2相钠离子电池正极材料及其制备方法，材料组成的化学式为Na_xA_yNb_zMn_1‑y‑zO₂‑NaNbO₃，其中A为Ni、Co、Fe、Mg、Zn、Li中的任意一种或任意二种以上金属元素，x为0～0.85，y为0～0.5，z为0～0.5；通过引入金属Nb，形成两相结构，分别为Na_xA_yNb_zMn_1‑y‑zO₂相和NaNbO₃相结构。本发明制备方法包括原料准备、前驱体材料制备、预烧结以及高温烧结过程。本发明显著提升材料的电子导电性，使材料表现出较好的长循环稳定性和优异的高倍率性能；本发明还能采用简单易行的共沉淀法以及溶胶凝胶法，产出率高，重复性好，适合推广使用。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法，特别是涉及一种添加金属材料的钠离子电池正极材料及其制备方法，属于电池正极材料技术领域。

背景技术

现有技术领域，钠离子电池正极材料种类繁多，在这些材料中，聚阴离子基型和普鲁士蓝型低温性能稳定，然而，由于低理论容量，限制了其广泛运用。P2相的层状过渡金属氧化物以组成可控，易于合成、原料丰富，理论容量高等优势成为研究的热点之一。相对于其他钠离子电池正极材料，P2相钠离子电池正极材料，在低温下运行情况研究较少。故此，研发高的放电比容量以及在低温工作下具有稳定的循环性能P2相钠离子电池正极材料，具有重要的社会意义和广阔的应用前景，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种用于低温工作的两相锰基P2相钠离子电池正极材料及其制备方法，相对于钠离子电池其他正极材料，P2相钠离子电池正极材料，虽然放电比容量较高，然而，在≤0℃的低温下运行研究较少，因此，本发明研发在低温下具有高循环稳定性和高倍率性的P2相钠离子电池正极材料，具有现实意义和广阔应用前景。此外，本发明通过引入金属Nb，形成两相结构。过渡金属Nb-O的强键能使得材料在充放电过程中稳定了O，避免了O的损失，增强结构稳定性，并减轻循环时的结构塌陷。同时，Nb金属离子容易失去外层1个5s电子和次外层4d轨道上的四个电子，对材料的电子导电性有显著提升，使材料表现出较好的长循环稳定性和优异的高倍率性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于低温工作的两相锰基P2相钠离子电池正极材料，其组成的化学式为Na_xA_yNb_zMn_1-y-zO₂-NaNbO₃，其中A为Ni、Co、Fe、Mg、Zn、Li中的任意一种或任意二种以上金属元素，x为0～0.85，y为0～0.5，z为0～0.5；通过引入金属Nb，形成两相结构，分别为Na_xA_yNb_zMn_1-y-zO₂相和NaNbO₃相结构。

优选地，在化学式中，x为0.67，y为0.32，z为0.04～0.1。

优选地，所述低温工作的低温为≤0℃。进一步优选所述低温工作的低温为≤-40℃。

一种本发明用于低温工作的两相锰基P2相钠离子电池正极材料的制备方法，采用如下方法中的任意一种方法：

方法一：采用氧化铌作为铌源材料，包括如下步骤：

a.以乙酸锰作为锰源材料，以乙酸A最为A源材料；称取乙酸锰、乙酸A混合溶于溶剂中，得到乙酸盐混合溶液，其中A为Ni、Co、Fe、Mg、Zn、Li中的任意一种金属元素或任意二种以上的金属元素；