[发明专利]一种Na3

说明书

本发明提供了一种Nasubgt;3/subgt;Tisubgt;2/subgt;(POsubgt;4/subgt;)subgt;3/subgt;正极的制备方法及其在钠离子电池中的应用。本发明以贫钠的NaTisubgt;2/subgt;(POsubgt;4/subgt;)subgt;3/subgt;为原料，通过正极补钠添加剂的方法，首次在电池内部原位生成富钠相Nasubgt;3/subgt;Tisubgt;2/subgt;(POsubgt;4/subgt;)subgt;3/subgt;正极，避免了传统液相合成过程中因Nasubgt;3/subgt;Tisubgt;2/subgt;(POsubgt;4/subgt;)subgt;3/subgt;对水、氧敏感造成电极材料制备存储困难等问题。在分步补钠的过程中，正极补钠添加剂在高电压下分解以提供额外的钠离子，不仅可以生成Nasubgt;3/subgt;Tisubgt;2/subgt;(POsubgt;4/subgt;)subgt;3/subgt;正极，还可以弥补负极侧SEI膜或其他副反应损耗的钠离子。基于本发明制备的钠离子电池表现出优异的充放电比容量、循环稳定性和倍率性能。本发明的制备工艺操作简便、成本低廉，适用于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，更具体的说是涉及一种Na₃Ti₂(PO₄)₃正极的制备方法及其在钠离子电池中的应用。

背景技术

在双碳战略目标的新时代大背景下，构建清洁低碳、安全高效的能源体系是现阶段的主要任务之一。然而风能、太阳能等清洁能源具有波动性、间歇性与随机性等特点，因此亟需储能器件对能源进行存储。锂离子电池由于其高能量密度、循环寿命长等优点而备受关注，但由于锂储量低，资源分布不均匀，我国80％的锂资源依赖进口，锂离子电池的成本逐年升高。此外，锂离子电池的安全隐患也难以满足大规模储能的应用需求。与锂同主族的钠在地壳中的储量高达2.36％，成本低廉，且钠离子电池的内阻相比锂离子电池更高，在短路等安全性测试中瞬间发热量少、温升更低，因此，钠离子电池具备大规模储能应用的发展潜力。

Na₃Ti₂(PO₄)₃具有钠超离子导体(NASICON)结构，由于其坚固的三维框架结构和高比容量，有望提高钠离子电池的循环寿命。然而，Na₃Ti₂(PO₄)₃的空气稳定性很差，这是因为它极易与水、氧发生反应，反应方程式如下：2Na₃Ti₂(PO₄)₃+O₂+2H₂O→2NaTi₂(PO₄)₃+4Na⁺+4OH^-，因此，在材料存储与电极制备的过程中均需要使用保护气以防止材料氧化，增大了电池的生产成本。与其结构相似的NaTi₂(PO₄)₃在经过补钠后可转化为Na₃Ti₂(PO₄)₃，反应方程式为：NaTi₂(PO₄)₃+2Na⁺→Na₃Ti₂(PO₄)₃，且NaTi₂(PO₄)₃空气稳定性好，易合成，因此可以对NaTi₂(PO₄)₃进行补钠处理原位生成Na₃Ti₂(PO₄)₃，从而实现高稳定性、长循环寿命的钠离子电池。