[发明专利]一种高性能钠离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能钠离子电池正极材料及其制备方法，该高性能钠离子电池正极材料的化学组成为Na_0.67Ni_0.33Mn_0.67‑xTi_xO_1.9F_0.1，其中0.2≤x≤0.4。本发明采用球磨法制备前驱体材料后再经特定温度高温烧结后，制备的活性材料可以作为正极材料，在高电压范围内，高电流密度下，具有较高的可逆容量及优异的电化学性能。其中本发明公开的方法，利用球磨后压片的烧结工艺，有效避免了传统上需多次烧结的制备工艺，节省了制备时间，简化了制备流程。

技术领域

本发明属于电池正极材料技术领域，具体涉及到一种高性能钠离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

钠离子电池因其所需的钠金属的资源丰富且廉价而备受关注。钠离子电池的正极材料包括聚阴离子化合物、普鲁士蓝类似物、层状氧化物NaxMO₂(M＝Cr、Mn、Ti、Ni、Co、Fe等)，其中层状阴极氧化物NaxMO₂因其低成本、高比容量以及材料制备方法简便备受关注。但层状氧化物中存在Na⁺/空位排列这会阻碍Na⁺扩散，导致材料结构上的不稳定，电化学性能较差。针对这些问题，最简便有效的方法是利用过渡金属掺杂。为了抑制相变和稳定其结构，Li⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Co³⁺以及Ti⁴⁺等阳离子掺杂被广泛研究，并证实了其通过改变键能和晶格参数来优化内部结构的有效性。在所有掺杂阳离子中，地球上大量的被普遍研究，因为与Ti⁴⁺的价态和离子半径相同，可以均匀的将Ti⁴⁺纳入Mn位点。Ti⁴⁺掺杂可以很好地抑制Na⁺/空位排列，Ti掺杂后Ni和Mn的价态均保持不变。

如上所述，将Ti掺杂到层状氧化物中是提高多元过渡金属层状氧化物正极材料性能的有效途径之一。同样研究表明F掺杂可以提高P2-NaNiMnO材料的速率能力，材料中的Mn⁴⁺部分还原为Mn³⁺，Mn2p_3/2的结合能向较低的能量值转移，使其电子的导电性增强。但目前在进行过渡金属掺杂时，普遍使用高温固相方法，此过程需要将不同的前驱体研磨烧结，制作所需的时间长，流程复杂，实验误差大。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能钠离子电池正极材料及其制备方法，可以解决上述问题。

为达上述目的，本发明提供了一种高性能钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备前驱体

将无水碳酸钠、氧化镍、氧化锰、氧化钛和氟化钠研磨后压制，制得前驱体；

(2)制备正极材料

将前驱体经高温烧结处理后，制得。

进一步地，无水碳酸钠、氧化镍、氧化锰、氧化钛和氟化钠的质量比为0.3～0.35:0.2～0.25:0.2～0.75:0.02～0.35:0.05。

进一步地，无水碳酸钠、氧化镍、氧化锰、氧化钛和氟化钠的质量比为0.3021:0.2465:0.4266～0.7426:0.023～0.3196:0.05。

进一步地，研磨的转速为350～450rpm，研磨的时间为1.5～2.5h。

进一步地，压制的过程包括：将研磨后的材料放入模具中，于一定压力条件下压制成圆片。优选压力为20Mpa，圆片的直径为250mm，厚度为2.5mm。