[发明专利]一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用

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和应用。所述钠离子电池正极材料的化学式为Na_xNi_aMn_bM_cO₂，其中，M为稀土元素，0.7＜x＜1.0，0＜a≤0.5，0.5＜b＜1，0c0.05，a+b+c＝1；所述正极材料包括类球形形貌的二次颗粒，所述二次颗粒由一次颗粒组成。本发明提供的钠离子电池正极材料形貌相对较为均一；且掺杂稀土元素，在不改变钠离子电池正极材料晶体结构的基础上，提升了材料的抗氧化性能，能够保证材料在循环过程中抵抗来自于电解液的腐蚀，提高材料的稳定性，进而提升了钠离子电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

尽管锂离子电池已经被广泛应用于电动汽车等领域，但其也面临一些棘手难题，短期内难以完全解决：锂离子电池中除过正常的充放电反应，还存在很多副反应；锂资源在地壳中分布含量较低，随着用量逐年增加，其价格越来越高，而钠资源在地壳中分布广泛且简单易得，故钠资源成本较低。

而钠离子电池用于与锂离子电池相似的工作原理以及正极材料。钠离子电池是低成本高安全性储能设施的重要组成部分，开发稳定钠离子电池正极材料是一个亟待解决的问题。

目前过渡金属钠电池正极材料多采用固相法直接合成，容易出现材料混合不均匀且易出现金属氧化物杂相等问题。P2型由于材料中钠含量较低，因此容量通常偏低，而O3型正极材料虽然钠含量较高，但是通常在空气中难以稳定存在，因此为电池制作制造了困难。

CN104505507A公开了一种掺Ti的NaFeO₂-NaNiO₂二元正极材料，其通过固相法得到了产品，该文献中通过掺杂Ti，提高了材料的稳定性，但其展示的放电容量较低，且固相法容易出现材料混合不均匀且易出现金属氧化物杂相等问题。

CN102522553A公开了一种三维框架结构的过渡金属配合物正极材料，展现了优异的循环稳定性，但该正极材料的1C倍率下放电容量只有78mAh/g。其放电容量极低，不利于电池的实际应用。

如何提升钠离子电池正极材料的结构稳定性和化学稳定性，且同时提升其电化学性能，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。本发明提供的钠离子电池正极材料中前驱体由共沉淀法制得，提高了材料中主元素的均匀分散程度，有利于材料在烧结过程中形成纯相，同时能够较为精确的控制材料的粒径，获得形貌相对较为均一的类球形样品；且掺杂稀土元素，在不改变钠离子电池正极材料晶体结构的基础上，提升了材料的抗氧化性能，能够保证材料在循环过程中抵抗来自于电解液的腐蚀，提高材料的稳定性，进而提升了钠离子电池的电化学性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方，本发明提供一种钠离子电池正极材料，所述钠离子电池正极材料的化学式为Na_xNi_aMn_bM_cO₂，其中，M为稀土元素，0.7＜x＜1.0，0＜a≤0.5，0.5＜b＜1，0c0.05，a+b+c＝1；

所述正极材料包括类球形形貌的二次颗粒，所述二次颗粒由一次颗粒组成。

例如，所述x可以为0.75、0.8、0.85、0.9或0.95等，所述a可以为0.1、0.2、0.3、0.4或0.5等，所述b可以为0.6、0.7、0.8或0.9等，所述c可以为0.1、0.2、0.3、0.4或0.45等。

本发明中，钠元素的化学计量比＞0.7，其为O3型。其中P2型以及O3型可以简易的通过钠元素的含量来判断。一般来说，分子式中钠离子高于0.67，通常代表材料为O3型正极材料。