[发明专利]反钙钛矿材料及其制备方法、正极材料和钠离子电池

说明书

本申请提供一种反钙钛矿材料及其制备方法、正极材料和钠离子电池，属于电极材料技术领域。反钙钛矿材料具有反钙钛矿结构相，且反钙钛矿材料的化学表达通式为Nasubgt;x/subgt;Lisubgt;y/subgt;TMsubgt;z/subgt;Chsubgt;m/subgt;Osubgt;n/subgt;；其中，1.5≥x≥0.4，1.6≥y≥0.5，0.8≤z≤1.2，0.8≤m≤1.2，0.8≤n≤1.2；TM选自过渡金属元素，Ch选自硫属元素。本申请通过选用Na元素、Li元素、过渡金属元素、硫属元素以及氧元素，并对各个元素间的配比进行调控以制备反钙钛矿材料，可提高采用该反钙钛矿材料作为正极材料制备的钠离子电池的首圈放电比容量以及循环性能。

技术领域

本申请涉及电极材料技术领域，具体而言，涉及一种反钙钛矿材料及其制备方法、正极材料和钠离子电池。

背景技术

锂离子电池因其具有高能量密度以及长循环寿命等优点而备受关注，目前已广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和大规模储能等领域。然而，地球锂储量十分有限，在地壳中呈不均衡分布，导致锂电池的应用成本持续提高。

与锂元素位于同一主族的钠元素，具有与锂元素相近的物理和化学性质，且在地壳中储量丰富，可以大大降低电池的制备成本，有望替代锂离子电池以用于大规模储能系统等领域。

正极材料是决定电池性能的关键组成部分，但是目前大多数钠离子电池的正极材料的首圈放电比容量较低，并且由于钠离子的半径较大，使得钠离子电池在充放电过程中正极材料的结构与体积变化较大，容易导致钠离子电池容量的衰减，循环性能不佳。

发明内容

本申请的目的在于提供一种反钙钛矿材料及其制备方法、正极材料和钠离子电池，其旨在提升钠离子电池的正极材料的放电比容量以及钠离子电池的循环性能。

第一方面，本申请提供一种反钙钛矿材料，反钙钛矿材料具有反钙钛矿结构相，且反钙钛矿材料的化学表达通式为Na_xLi_yTM_zCh_mO_n；其中，1.5≥x≥0.4，1.6≥y≥0.5，0.8≤z≤1.2，0.8≤m≤1.2，0.8≤n≤1.2；TM选自过渡金属元素，Ch选自硫属元素。

本申请通过选用Na元素、Li元素、过渡金属元素、硫属元素以及氧元素相互配合，并对各个元素间的配比进行调控以制备反钙钛矿材料，将该反钙钛矿材料作为正极材料，可提高采用该正极材料制备的钠离子电池的首圈放电比容量以及循环性能。

结合第一方面，本申请可选的实施方式中，n大于或等于m。

上述技术方案，可提高反钙钛矿材料的晶体结构的稳定性，将该反钙钛矿材料作为正极材料制备钠离子电池，可使得较大半径的钠离子在脱出和/或嵌入的过程中不易破坏正极材料的晶体结构，进而有利于提高钠离子电池的首圈放电比容量和循环性能。

可选地，m与n的比值为1:(1.00-1.15)。

可选地，m与n的比值为1:(1.05-1.11)。

结合第一方面，本申请可选的实施方式中，TM选自Fe、Co、Mn、Ni、V、Ti、W、Cr以及Cu中的至少一种。

可选地，TM包括Fe和Mn。

结合第一方面，本申请可选的实施方式中，Ch选自S。

上述技术方案，相比于Ch选自除S外的其他硫属元素，Ch选自S有利于进一步提高采用该反钙钛矿材料作为正极材料制备的钠离子电池的首圈放电比容量。