[发明专利]一种离子掺杂磷酸盐正极材料的制备及应用方法

说明书

一种离子掺杂磷酸盐正极材料的制备及应用方法，通过在溶胶‑凝胶法制备磷酸盐正极材料的过程中，引入适量非活性元素，经过搅拌，蒸发溶剂，干燥，研磨成粉，在惰性气氛中高温煅烧得到改性的磷酸盐正极材料Na_(4‑a)Mn_xCr_yM_z(PO₄)₃；其中：M为Mg、Zr、Al中的一种或多种；a为异价掺杂取代后Na含量的变量；且有x+y+z＝2。本发明的优点是：条件可控，易于重复，掺杂改性效果明显。掺杂元素M选择性取代锰或铬位点，形成的非活性MO₆八面体能够有效钉扎晶体结构，在电化学循环过程中稳定材料；同时掺杂离子可以改善材料的电子/离子导电性，二者协同提升了高比能磷酸盐正极材料在钠离子电池中的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，特别涉及一种离子掺杂磷酸盐正极材料的制备及应用方法。

背景技术

锂离子电池在便携式电子设备，电动汽车等领域取得了商业化成功。但是，地壳中的锂资源储量低且分布不均匀，随着锂离子电池进一步发展，其成本不断提升，严重限制其在大规模储能领域的应用。由于钠资源丰富，分布广泛，价格低廉，钠离子电池在大规模储能和低速电动车等领域展现出良好的应用前景。然而，钠的标准电极电势高于锂，离子半径大，质量重，导致钠离子电池能量密度较低，反应动力学缓慢，电极材料在脱嵌钠过程中结构不稳定。正极材料负责提供活性钠离子和高电位反应电对，而且占据钠离子电池的最高价格比重。因此，开发具有高比能、高倍率、长寿命的正极材料是推动钠离子电池产业化的关键之一。

在目前研究的钠离子电池正极材料体系中，钠快离子导体(NASICON)型磷酸盐凭借独特的三维框架结构能够提供快速、稳定的钠离子迁移通道，被认为是最具商业化前景的正极材料体系之一。其中最经典的磷酸钒钠(Na₃V₂(PO₄)₃)正极材料，具有优异的电化学性能(基于V³⁺/V⁴⁺氧化还原电对，提供约110mAh g^-1的比容量和3.4V左右的工作电压)。但其能量密度较低，且钒原料价格昂贵，具有毒性，导致其商业化进程缓慢。