[发明专利]一种高镍钠离子正极材料及其制备方法和电池

说明书

本发明公开了一种高镍钠离子正极材料及其制备方法和电池，所述高镍钠离子正极材料的化学式为NaNi_aCo_bMn_cO₂·fCNP‑Al/tMVO_x，其中a+b+c＝1，0.5≤a1，0b≤0.25，a/b≥2.5，0c≤0.3，0t≤0.1，0f≤0.1，所述M为钠、铜、锌、锆或铵中至少一种。该高镍钠离子正极材料具有良好的电化学性能，有利于高镍钠离子正极材料在电池中的应用。

技术领域

本发明属于电池正极材料领域，特别涉及一种高镍钠离子正极材料及其制备方法和电池。

背景技术

锂、钠等离子电池因其高能量密度、优异的功率特性和稳定性，备受当前电动汽车、储能用电池市场的欢迎。具体的，具有快速离子扩散率的正极材料、结构变化较小和电压较低的负极材料是实现高功率、高性能的电池性能至关重要的几个方面。尽管，钠具有价格更便宜基本的优点，但是由于钠离子电池的化学成分和正极材料的晶体结构不同于锂离子电池，其高比容量和可逆循环寿命依旧逊色于锂离子电池。而解决上述问题的最有希望的方法之一是开发高镍钠离子电池。

然而，目前可用的高镍钠离子电池存在明显的缺点，比如，高镍、低锰钴等阳离子的混排效应，降低了钠离子扩散的速率，导致放电时其性能不佳；材料烧结降温后，电池中的高镍钠离子正极材料对接触的外界环境产生的反应比较迅速，容易与环境中的H₂O、CO₂等反应生成Na₂CO₃和NaOH，以及NaOH脱水形成Na₂O，Na₂CO₃、NaOH、Na₂O会在正极表面形成钝化层，进一步阻碍钠离子在材料与电解液界面的扩散，增加材料与电解液的界面之间的阻抗，容易造成电池的电化学性能下降。因此，这极大地限制了钠离子正极材料潜在应用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高镍钠离子正极材料及其制备方法和电池，该高镍钠离子正极材料具有良好的电化学性能，有利于高镍钠离子正极材料在电池中的应用。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高镍钠离子正极材料，所述高镍钠离子正极材料的化学式为NaNi_aCo_bMn_cO₂·fCNP-Al/tMVO_x，其中a+b+c＝1，0.5≤a1，0b≤0.25，a/b≥2.5，0c≤0.3，0t≤0.1，0f≤0.1，所述M为钠、铜、锌、锆或铵中至少一种。

优选的，所述MVO_x为钒酸盐、偏钒酸盐及焦钒酸盐中的至少一种。

进一步优选的，所述MVO_x为钒酸钠、偏钒酸钠、焦钒酸钠、钒酸铜、偏钒酸铜、焦钒酸铜、钒酸锌、偏钒酸锌、焦钒酸锌、钒酸锆、偏钒酸锆、焦钒酸锆、钒酸铵、偏钒酸铵及焦钒酸铵中的至少一种。

优选的，所述NaNi_aCo_bMn_cO₂·fCNP-Al/tMVO_x中的CNP-Al(碳纳米铝)由碳纳米粉、铝源及分散剂混合组成。其中铝源、碳纳米粉质量比为(0.1-30)：(40-150)。

优选的，所述CNP-Al由碳纳米粉与分散剂混合，再与铝源混合，然后在保护气氛下900-1300℃处理3-12h制得。

优选的，所述CNP-Al中含Al₄C₃。

优选的，所述铝源为氢氧化铝、乙酸铝、氯化铝、硫酸铝、硝酸铝及氟化铝中的至少一种。