[发明专利]一种钠离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钠离子电池正极材料及其制备方法。所述的钠离子电池正极材料包括嵌钠层状过渡金属氧化物，所述嵌钠层状过渡金属氧化物中掺杂有钾离子。本发明通过在合成钠离子正极材料过程中掺入钾离子，提高钠离子电池正极材料的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及钠离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

钠离子电池以其高安全性、丰富的原材料以及低成本等特点成为了近年来电池技术的研发热点。钠离子电池潜在应用场景包括如低速电动车以及储能装置等。正极材料是钠离子电池的关键材料之一，其中层状结构过渡金属氧化物具有较高比容量以及其与目前市场上比较成熟的锂电池的正极材料在合成以及电池制造方面的许多类同性，是钠离子电池正极材料有潜力得到商业化生产的材料之一。

然而，层状结构过渡金属氧化物稳定性较差，在长循环和大电流充放电中容量衰减严重，即循环性能和倍率性能不能完全符合应用的要求。目前解决该问题主流的方法有两种：一是包覆隔离层，防止电解液与材料直接接触，例如氧化铝包覆和碳包覆；二是过渡金属元素掺杂，如钛、铝、锆等，通过掺杂改变材料本征稳定性。

但是，以上方法均会导致材料有效容量降低，前者减少了正极活性材料比例，后者掺杂元素通常为在工作电压下不表现电化学活性，不能提供容量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提高钠离子电池正极材料的循环稳定性。本发明提供了钠离子电池正极材料及其制备方法。本发明的钠离子电池正极材料具有较高的循环稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种钠离子电池正极材料，其包括嵌钠层状过渡金属氧化物，所述嵌钠层状过渡金属氧化物中掺杂有钾离子。

本发明通过在所述的嵌钠层状过渡金属氧化物中掺杂钾离子，提高了钠离子电池正极材料的循环稳定性。所述的嵌钠层状过渡金属氧化物可为本领域常规的嵌钠层状过渡金属氧化物，其包括层状过渡金属氧化物，所述的层状过渡金属氧化物的层间嵌有钠离子。在充放电时，所述的钠离子可以脱出和嵌入。

其中，所述的钾离子与所述嵌钠层状过渡金属氧化物中的钠离子的摩尔比可为0.3-5.0：100；优选地，所述的钾离子与所述嵌钠层状过渡金属氧化物中的钠离子的摩尔比为0.7-3.8:100；更优选地，所述的钾离子与所述嵌钠层状过渡金属氧化物中的钠离子的摩尔比为1.9-2.7：100，例如2.0-2.6：100。最优选地，所述的钾离子与所述嵌钠层状过渡金属氧化物中的钠离子的摩尔比为2.3∶100。

其中，所述的嵌钠层状过渡金属氧化物中的层状过渡金属氧化物可为本领域常规的层状过渡金属氧化物，例如铜、镁、铬、钛、锡、钒、锌、钴、镍、铁和锰元素中至少一种或多种的氧化物，优选为镍、铁和锰元素中至少一种的层状氧化物，其中，镍、锰和铁元素的摩尔比可为x:y:z，其中，x+y+z＝3,x≥0，y≥0，且z≥0，更优选为镍、铁和锰元素的复合层状氧化物。

其中，所述的嵌钠层状过渡金属氧化物中钠离子和氧元素的摩尔比可为本领域嵌钠层状过渡金属氧化物中的常规的钠离子和氧元素的摩尔比，例如0.8-1.1:2，例如1:2。

其中，当所述的嵌钠层状过渡金属氧化物中的层状过渡金属氧化物为镍、铁和锰元素的复合层状氧化物时，所述的镍、铁和锰元素的复合层状氧化物中镍、锰和铁元素的摩尔比优选为1:1:1。

其中，当所述的嵌钠层状过渡金属氧化物中的层状过渡金属氧化物为镍、铁和锰元素的复合层状氧化物时，所述嵌钠层状过渡金属氧化物中的钠离子与所述镍元素的摩尔比为1.25-6:1，例如2-4:1，又例如3:1。

其中，所述的钠离子电池正极材料的平均粒径为1-15微米，例如4-12微米。