[发明专利]高比容量钠离子电池正极材料其制备方法和钠离子电池

说明书

本发明公开了一种高比容量钠离子电池正极材料其制备方法和钠离子电池，该正极材料为诱导相变掺杂元素N和功能掺杂元素M实现共同掺杂改性的锰酸钠氧化物，该共同改性的锰酸钠氧化物的化学式为Na_xMn_1‑y‑zN_yM_zO₂，其中0.22≤x≤0.6、0y0.4、0≤z0.2，N选自于Sc、V、Y、Nb、Mo、W和/或B中的一种或二种以上，M选自于Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Al、Mg和/或K中的一种或二种以上。本发明的高比容量钠离子电池正极材料其制备方法和钠离子电池具有比容量高、循环性能好和成本低廉的特点。

技术领域

本发明涉及钠离子电池技术领域，具体是指一种高比容量钠离子电池正极材料其制备方法和钠离子电池。

背景技术

从锂离子电池的商业化以来，锂离子电池就以高能量密度、高的能量转换效率、无自放电等众多优点在便携式移动设备等方面占据绝对的市场份额。随着全球能源危机的不断加深，以及环境问题的危害加剧，各国政府和汽车企业把节能减排作为汽车发展的主攻方向，锂离子电池又凭借自己独特的优势而成为动力电池方面的首选。然而，锂金属在地球上的储量有限，而且分布不均匀，随着锂离子电池在电动汽车领域的大规模应用，锂资源短缺必将成为电动汽车进一步发展的主要障碍。钠离子电池因其钠资源丰富、成本低廉和环境友好的特点，被认为是锂离子电池的重要替代。

在钠离子电池正极材料中，钠基层状过渡金属氧化物得到了广泛的关注。然而，目前的过渡金属氧化物材料依然存在着诸多问题，如容量偏低和循环稳定性差，这些问题限制了其商品化运用。早在1981年Delmas等人合成了O3、O′3、P′3、P2等不同相的Na_xCoO₂，只有P2-Na_xCoO₂具有较好的电化学性能。Na_xMnO₂与Na_xCoO₂相比，具有较高的理论容量(约250mAh/g)，并且价格低廉。除了O3、P2相外，O2相和水钠锰矿也表现出了电化学活性。

然而，由于充放电过程中存在持续的应力和扭曲，层状的Na_xMnO₂的循环性能很差。针对于此，隧道型锰氧化物Na_0.44MnO₂以其良好的稳定性引起了关注，但其的比容量约120mAh/g，处于较低的水平。如溶胶凝胶法制备的隧道型锰氧化物Na_0.44MnO₂，1000周容量保持率为91.7％，而比容量仅为122mAh/g，成为其应用的短板。。

发明内容

本发明的目的是提供一种高比容量钠离子电池正极材料其制备方法和钠离子电池，具有比容量高、循环性能好和成本低廉的特点。

本发明可以通过以下技术方案来实现：