[发明专利]一类钠离子电池正极材料

说明书

 

技术领域

本发明涉及一类钠离子电池正极材料，属于二次电池领域，也属于能源材料技术领域。

背景技术

近年来，大容量锂离子电池的应用研究与日俱增，并被视为未来电动汽车、储能电站等大规模储能电池的主要选择。 然而有限的锂资源储量及其高昂的材料成本为其广泛应用带来巨大的障碍。发展资源丰富，成本低廉的先进电池体系，是解决未来大规模储电应用的必然出路。钠元素与锂处于同一主族,化学性质相似，电极电势也比较接近，而且钠的资源丰富，提炼成本也比锂低。如果用钠替代锂，开发出工作性能优良的钠离子电池，它将拥有比锂离子电池更大的竞争优势。因此，探寻高容量及优异循环性能的钠电极材料已成为目前电池领域的研究热点。

以嵌钠正极材料为例，迄今报道过的材料主要为钠基过渡金属氧化物（如NaxCoO₂，NaxMnO₂，NaNi_0.5Mn_0.5O₂）和钠基过渡金属氟磷酸盐（如NaVPO₄F，Na₂FePO₄F）。这些材料均采用高温固相法合成，能耗较高，易对环境产生污染，且在电化学容量和循环稳定性方面并不理想。如王先友等在专利200610096874.7中报道了一种钠离子电池用正极材料氟磷酸亚铁钠的制备方法，所得材料可逆容量仅有60 mAhg^-1，20周循环后衰减为51 mAhg^-1。

 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种容量较高，制备简单的钠离子电池正极材料。并论证了其作为钠离子电池正极材料的可行性，实验表明这类材料均具有可逆的钠离子的脱嵌性能，而且随着其中的过渡金属在不同的价态之间转变，可以发生多个电子以上的氧化还原反应，具有较高的可逆容量和较好的循环性能。

具体技术方案是：

一种钠离子电池正极材料，为钠基过渡金属氰化物，过渡金属为Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ti, V, Cr, Mn中的一种或几种。

典型的分子式为Na₄Fe(CN)₆、Na₄Co(CN)₆、Na₄V(CN)₆、Na₄Mn(CN)₆、Na₄Cr(CN)₆、Na₂Fe₂(CN)₆、NaFe₂(CN)₆、Na₂CoFe(CN)₆、Na₂NiCo(CN)₆、NaZn_3/2Fe(CN)₆、Na₂Ni_0.5Cu_0.5Mn(CN)₆等，但不限于此。

这类材料的制备方法非常简单。当过渡金属为单一，例如Fe时，我们可直接以市售的十水合亚铁氰化钠(Na₄Fe(CN)_6·10H₂O)为原料，在高温下烘干脱去结晶水即得Na₄Fe(CN)₆。当过渡金属为两种或两种以上，例如M₁,M₂时，我们可直接将含M₁的盐溶液与含M₂的氰基配合物溶液，按一定比例相混合，由液相沉淀法直接制备所需化合物。如，Na₂CoFe(CN)₆的制备方法为CoCl₂的水溶液加入Na₄Fe(CN)₆的水溶液中，反应一段时间后，收集沉淀产物，经烘干后即可。采用类似的方法我们也能制备本专利中提出的其他材料。

另外为了进一步提高材料的电子电导率，我们可以在材料合成或电池制备过程中加入适量的导电添加剂与钠基过渡金属氰化物复合，导电添加剂的含量为0-50% wt。

其中导电添加剂可以为导电碳材料或导电聚合物。

导电碳材料可以为石墨、乙炔黑、Super P、中间相微球、或有机物裂解碳中的一种或几种。