[发明专利]一种正极材料及其制备方法、钠离子电池

说明书

本申请提供了一种正极材料及其制备方法、钠离子电池，使得正极材料具备空气稳定性的同时，克容量也得以提升。该正极材料包括：内层材料和包覆所述内层材料的包覆层；所述内层材料的分子通式为：Na_mNi_uFe_vMn_wO₂，所述包覆层为Na_nMn_{2‑n‑x‑y}Ru_xSn_yO₂；其中，0.7＜m≤1，0.11≤u≤0.44，0.11≤w≤0.44，0.11≤v≤0.66，u+v+w＝1，1.10≤n≤1.20，x≥0，y≥0，0.05≤x+y≤0.2。

技术领域

本申请涉及钠离子电池技术领域，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、钠离子电池。

背景技术

随着环境友好理念深化、人民生活水平的提升，当前锂离子电池已不能满足人们的使用需求。与此同时，锂元素存在着分布量少且不均匀的问题。为此，元素周期表中与锂位于同一主族的钠，因具备与锂相似的物理化学性质，且储量丰富的特点而进入人们的视线；这其中钠离子正极材料是钠离子电池的重点研究对象之一。

目前，钠离子电池的正极材料包括聚阴离子类、过渡金属氧化物类、普鲁士白、有机材料等。其中，过渡金属氧化物类具备便于制备、无毒、无害、且成本低的特点。但这类材料存在空气稳定性差的问题，即，容易与空气中的水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)反应生成不具备电化学活性的碳酸钠(Na₂CO₃)和氢氧化钠(NaOH)，使得钠离子正极材料的容量下降，且在制备相应电池时不易涂布。尽管现有技术通过将金属氧化物(例如，氧化锆、氧化镁)，磷酸盐、或者碳材料作为包覆层对前述钠离子正极材料的空气稳定性进行改善，但因包覆层不具备电化学活性而存在降低钠离子正极材料容量的问题。现有技术中仍然缺乏一种空气稳定性良好且克容量高的钠离子正极材料。

发明内容

本申请提供了一种正极材料及其制备方法、钠离子电池，使得正极材料具备空气稳定性的同时克容量得以提升，从而在应用于钠离子电池中时，提升钠离子电池的容量。

第一方面，本申请实施例提供一种正极材料，包括：

内层材料和包覆所述内层材料的包覆层；所述内层材料的分子通式为：Na_mNi_uFe_vMn_wO₂，所述包覆层为Na_nMn_2-n-x-yRu_xSn_yO₂；其中，0.7＜m≤1，0.11≤u≤0.44，0.11≤w≤0.44，0.11≤v≤0.66，u+v+w＝1，1.10≤n≤1.20，x≥0，y≥0，0.05≤x+y≤0.2。

上述正极材料因包覆层的存在，可使其内层材料不与空气中水和/或二氧化碳接触，从而使得正极材料空气稳定性。同时，包覆层为富钠材料，所以可在充电-放电过程中提供更多的活性物质(Na⁺)用以脱出、嵌入，从而提升正极材料的容量。更进一步来说，本申请实施例所提供的正极材料的包覆层中由于过渡金属原子锡(Sn)和钌(Ru)元素的存在可调节氧(O)的局部配位，有益于更多的氧原子在正极材料的充电-放电过程中参与氧化还原反应，以使更高比例(即脱出、嵌入数量与未参与脱出嵌入数量之比)的Na⁺脱出、嵌入，从而使得正极材料的克容量得以显著提升。

一种可能的实施方式，所述包覆层的质量为所述内层材料的质量的0.3％-0.8％。

一种可能的实施方式，所述正极材料的比表面积为0.75-0.85g/m²。