[发明专利]一种钠离子电池用的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用P2相层状氧化物正极材料及其制备方法和应用。该钠离子正极材料的组成为Na_xNi_yMn_zA_aB_bO₂；其中，A为Mg，Al中的至少一种，B为Zr，Sn中的至少一种，0.5≤x≤0.85，0.2≤y≤0.33,0.57≤z≤0.67,0.02≤a≤0.15，0.01b≤0.05；所述的钠离子电池正极材料具有P2相层状结构，所述Na_xNi_yMn_zA_aB_bO₂材料采用固相烧结法来制备，将钠源和其他元素的混合前驱体混合均匀，在空气气氛中450‑650℃预处理2‑5小时，然后升温至800‑1000℃焙烧7‑24小时，冷却至室温后，将获得的产物粉碎过筛得到所述Na_xNi_yMn_zA_aB_bO₂正极材料。本申请提供的钠离子电池正极材料具有较高的初始容量及优秀的倍率性能和循环稳定性，制备工艺简单，适合大规模工业化生产和应用。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种钠离子电池用的正极材料及其制备方法，尤其涉及一种P2相层状氧化物钠离子电池正极材料、制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池以高能量密度，优秀的电化学性能和长循环寿命，在各种电子产品和便携式用电器中得到广泛应用。近年来随着新能源汽车和储能技术的高速发展，对锂离子电池的需求急剧增长，锂资源的匮乏问题逐渐凸显。发展可替代锂离子电池的钠离子电池技术受到极大关注。钠离子电池走向产业应用成为必然趋势。开发性能优秀的钠离子电池正极材料具有重要意义。

在目前研究的各种系列钠离子电池正极材料中，层状过渡金属氧化物储钠材料具有理论比容量高和充放电性能优秀以及合成工艺简单的优点，被认为具有很好的应用前景。P2型Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂材料[Z.H.Lu and J.R.Dahn,J.Electrochem.Soc.,2001,148,A1225-A1229]在目前研究报道的层状材料中具有较高工作电压和最高的比能量，受到广泛关注，但该材料在高截止电压充电时，容量快速衰减，无法实现实际应用。P2相结构的Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O电极在充电脱钠过程，当充电电压高达4.2V，Na_xNi_1/3Mn_2/3O中x1/3时，材料结构开始出现贫钠的O2相结构，而且在高电压充电过程Na_xNi_1/3Mn_2/3O结构中部分氧离子参与电荷补偿形成氧化态的氧甚至发生氧气析出。所形成的氧化态氧会促进电解液分解，不利于电池的长期循环稳定性。材料结构的P2-O2相变引起层状结构产生皱褶、开裂，极大阻碍钠离子的迁移，导致材料性能快速衰减。为了解决上述问题，较多研究工作采用阳离子掺杂的措施抑制P2-O2相变的发生。Al³⁺,Zn²⁺,Fe^2+，Cu²⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺掺杂在提高材料循环稳定性上都有一定的效果[K.Kubota and S.Komaba,Adv.Energy Mater.2018,8,1703415]，但是这些单元素掺杂尚不能完全解决P2相Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O材料循环性能不理想的问题。

发明内容