[发明专利]一种钠离子电池锰基多元多位掺杂正极材料及制备方法

说明书

本发明公开一种钠离子电池锰基多元多位掺杂正极材料及制备方法，将钠源、锰源、A源、B源、C源、D源、E源、F源和G源加入到分散剂中，超声后球磨，烧结即可，A源为锂源、钾源、钙源和镁源的一种或几种，B源、C源、D源、E源和F源为锂源、钾源、钙源、镁源、铝源、锌源、铜源、铁源、钛源、锆源、铪源、钒源、铌源、钽源、铬源、钼源、钨源、钪源、钇源、镧源和铈源中五种不同物质，B源、C源、D源、E源和F源中的金属元素为5种不同的价态。本发明中，多元离子的掺杂大大提升了钠离子电池正极材料结构的稳定性，使得钠离子在正极材料中更好的进行脱嵌，以便于其结合和导电，大大提升了其比容量、导电性、循环稳定性等电化学特性，提高了钠离子电池的储能特性。

技术领域

本发明属于电化学原理、电化学储能应用及二次电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种钠离子电池锰基多元多位掺杂正极材料及制备方法。

背景技术

近年以来，锂离子电池技术发展的十分成熟，锂离子电池规模大约占到电池市场的70％，拥有巨大的市场前景和发展前景，然而由于锂资源在地壳中的含量较少，且分布相对集中在少数国家，因而随着锂资源需求量的不断扩大，近些年锂资源的供应量逐年减少且导致锂离子电池价格迅速上升，为谋求市场平衡和社会发展，钠离子电池的研究逐步在国内外成为储能领域的研究热点，钠离子电池由于其巨大的优势而得到社会各界的广泛关注：钠在自然界中含量巨大、分布广泛且较为均匀、价格低廉，因而具有非常大的市场竞争力；含钠化合物开采容易且品质高；钠离子的氧化还原电位比锂离子的氧化还原电位约高300mV，所以可以用于分解电势更低的电解质溶剂、电解质盐和铝集流体；钠离子电池凭借其优势变得更加绿色环保且符合可持续发展原则；钠和锂位于同一主族，物理化学性质相似，因而钠离子电池和锂离子电池工作原理相似，锂离子电池的成熟发展为钠离子电池的发展开辟了广阔的道路。因而钠离子电池也被称为锂离子电池最具前景的替代品之一，其也有望成为未来规模化储能的主流电池装置。

目前受到关注的钠离子电池正极材料包括过渡金属氧化物、聚阴离子材料、普鲁士蓝材料、有机正极材料等。然而层状过渡金属氧化物以其容量高、制备便捷、性能优异等优势获得了更多的关注与研究。第一代钠离子电池正极材料锰酸钠(NaMnO₂)由于其安全环保、价格低廉、便于合成、可以大规模生产等优势得到了人们巨大的关注度和重视，但材料自身的结构特性以及不稳定性导致了其比容量低、循环效率低、导电性差等一系列问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种钠离子电池锰基多元多位掺杂正极材料及制备方法，该制备方法简单且高效，绿色且环保；正极材料的比表面积大，导电性高，循环稳定性好，该材料能够制备具有高比容量且循环性优异的钠离子电池。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钠离子电池锰基多元多位掺杂正极材料，该锰基多元多位掺杂正极材料的分子式为(Na_xA_y)[B_iC_jD_kE_lF_mMn_1-i-j-k-l-m](O_2-zG_z)，其中，0.67≤x≤0.8，0.01≤y≤0.3，0.01≤i+j+k+l+m≤0.6，0.01≤z≤0.3；

A为Li、K、Ca和Mg的一种或几种，B、C、D、E与F为Li、K、Ca、Mg、Al、Zn、Cu、Fe、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Sc、Y、La与Ce中五种不同的元素，五种不同元素为5种不相同的价态，G为F、Cl与Br中的一种或几种。

进一步的，0.67≤x≤0.7，0.01≤y≤0.2，0.05≤i+j+k+l+m≤0.4，0.01≤z≤0.2。

进一步的，0.7≤x≤0.73，0.02≤y≤0.1，0.1≤i+j+k+l+m≤0.2，0.02≤z≤0.1。