[发明专利]氮掺杂-聚合多孔纳米沉积正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于钠离子电池技术领域，公开了氮掺杂‑聚合多孔纳米沉积正极材料及其制备方法和应用，其通式为Na_tLi_fNi_sZ_1‑sO₂@aNMC‑Y，其中，0.8≤t1，0≤f0.3，0.5≤s1，0a0.1，Z为Mn、Mo、Co、Mg、Al中的至少一种，Y为Cu、Ga、Zn、Cr、Zr中的至少一种。本发明制备的氮掺杂‑聚合多孔纳米沉积正极材料通过将NMC‑Y沉积Na_tLi_fNi_sZ_1‑sO₂材料表面获得了多层致密的薄膜，沉积氮掺杂‑聚合多孔纳米后，氮掺杂‑聚合多孔纳米一方面可以贡献可观的比表面积，另一方面也可以缩短离子在材料内部的迁移路径，提高电化学性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及氮掺杂-聚合多孔纳米沉积正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

以能量密度随正极材料中高镍含量的增加而增加高的镍层状氧化物，一直以来都是受到电池厂商的青睐。此外，钴是一种稀有的金属，仅占地壳的0.0025％，远低于地壳中镍含量，而目前，钴价格远远高于镍的价格。因此，采用高镍低钴层状氧化物作为正极材料电池是制造商当前的主要研发方向。

开发无钴高镍层状氧化物的应基于钴、镍化学行为，然后从钴、镍在结构和电化学稳定性的作用进行探索，提出可行的解决方案。但遗憾的是，这些材料的解决过程中仍然面临问题，实际的应用受到了限制，这仍然具有挑战性。例如，无钴高镍层状氧化物正极材料在充放电过程中，诱导原本为分层尖晶石结构相变为无序尖晶石结构。然而，这种相变和钠离子的脱嵌都会使正极材料产生微尺度应力，从而在正极材料的表面、内部中产生微裂纹，这将阻碍了钠离子的正常传输，从而降低了容量保留，这对材料来说是比较严重的问题。此外，而正极材料与电解液反应的新界面，导致电解液中含氟离子与裸露出来的镍钠等反应生成氟化盐，部分存在于电解液，部分随充电的钠离子迁移到负极，加剧了结构的崩溃，加速了电解质浸没的通道，破坏了机械的完整性，这将导致电极材料的衰减，进一步使得循环性能恶化。

为克服此类棘手的问题，从组成成分以及表面着手改进正极材料，制备得到一种高容量并且机械性能稳定的长周期放电的钠离子正极材料。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种氮掺杂-聚合多孔纳米沉积正极材料及其制备方法和应用，该氮掺杂-聚合多孔纳米沉积正极材料的循环性能优异。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种氮掺杂-聚合多孔纳米沉积正极材料，其通式为Na_tLi_fNi_sZ_1-sO₂@aNMC-Y，其中，0.8≤t1，0≤f0.3，0.5≤s1，0a0.1，所述Z为Mn、Mo、Co、Mg、Al中的至少一种，所述Y为Cu、Ga、Zn、Cr、Zr中的至少一种；所述NMC-Y为氮掺杂-聚合多孔纳米粉。

优选地，所述NMC为氮掺杂介孔碳。

优选地，所述Na_tLi_fNi_sZ_1-sO₂@aNMC-Y，其中，0.8≤t1，0≤f0.2，0.7≤s1，0a0.1，所述Z为Mn、Mo、Co、Mg、Al中的至少一种，所述Y为Cu、Ga、Zn、Cr、Zr中的至少一种。