[发明专利]一种钠离子电池二元正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池二元正极材料及其制备方法，其中，具体地说，所述正极材料的组成为(1/2NaNiO₂-1/2Na₂MnO₃)，属于钠离子电池技术领域。

背景技术

随着非再生化石能源的不断减少及其使用带来的环境问题，清洁的可再生能源的转换和储存逐渐成为人们关注的焦点。迫使人们去开发和寻求洁净的可再生能源，例如：风能、太阳能以及潮汐能等，而所述可再生能源能量的非连续性和非稳定性使其无法正常地并入电网，只能靠储能装置进行暂时储存，之后再进行利用。在现有的二次电池中，锂离子电池由于其高能量密度和高电压等优点，成为纯电动车和混合动力汽车最理想的动力电源；在便携式电子产品市场中，锂离子电池更是独占鳌头。但是，目前锂离子电池存在最大的问题就是锂的高生产成本和资源的不足。全球陆地和盐湖中碳酸锂的总储量是4000万吨，而这只够生产约10亿辆40kWh的电动车所需的锂离子电池，但现在全球汽车保有量已超过10亿辆，而且汽车零排放是必然的趋势，所以锂只能循环利用，这样就进一步提高了锂离子电池的生产成本。随着全球汽车保有量的不断增加，锂资源的不足就显得更加明显。虽然海水中有大量的锂，但是提取过程相当复杂而且成本很高。

钠离子电池主要存在的问题在于循环性能较差，不可逆容量损失较大；库伦效率较低。但在大规模储能方面，研究者十分青睐钠离子电池，因为它具有原材料来源广泛、成本低、能采用分解电压更低的电解液等特点，降低了生产成本，提高了钠离子电池的安全性。对于可再生能源长时期和大规模的储能装置而言，钠离子电池的重量和体积要求不是很高，所以钠离子电池是最合适的选择；且钠离子电池的工作机理和锂离子电池相似。虽然关于它的研究才刚刚起步，但钠离子电池却开始逐渐被世界各国研究者关注并成为研究热点，相信在不久的将来高性能的钠离子电池能够被广泛应用。

钠离子电池的正极材料是钠离子电池性能的关键所在。目前，文献所报道的钠离子电池正极材料中，氧化物材料主要有Na_xCoO₂和Na_xMnO₂，Na_xCoO₂在放电过程中出现多个放电平台且循环性能不好。Tarascon等用传统的固相法合成并研究了Na_0.44MnO₂/C作为正极时电池的性能；该材料的倍率性能和容量保持率不好，C/10循环50周后容量衰减一半。传统的高温固相法得到的电极材料颗粒大，不利于其电化学性能提高；溶胶-凝胶合成的电极材料易团聚，密度低，对于提高其电化学性能没有大的突破；而化学共沉淀法通过溶液中的各种化学反应直接得到化学成分均一且粒度小的粉体电极材料。

发明内容

针对现有技术中钠离子电池循环性能较差，库伦效率较低的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种钠离子电池二元正极材料，其中，所述正极材料的组成为(1/2NaNiO₂-1/2Na₂MnO₃)，所述正极材料具有优良的循环性能和较高的库伦效率。

本发明的目的之二在于提供一种钠离子电池二元正极材料的制备方法，所述方法采用化学共沉淀和高温煅烧两步法制备得到的本发明所述的一种钠离子电池二元正极材料。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案。

一种钠离子电池二元正极材料，所述正极材料的组成为(1/2NaNiO₂-1/2Na₂MnO₃)。

一种本发明所述钠离子电池二元正极材料的制备方法，所述方法步骤如下：

一、液相反应

（1）将易容于水的氢氧化物溶于水得到氢氧化物溶液；

所述氢氧化物可为氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾中的一种；

（2）将可溶性的锰盐和镍盐溶于水中得到盐溶液；

所述锰盐优选为氯化锰、硫酸锰或硝酸锰中的一种，镍盐优选为氯化镍、硝酸镍或硫酸镍中的一种；

（3）将氢氧化物溶液和盐溶液混合得到混合液，将混合液搅拌10～30h后，水洗并过滤去掉过量的氢氧化物溶液，真空干燥，得到前驱体；

可在60～100℃下真空干燥6～48h；

步骤（1）～（3）中所述水为纯度≥去离子水纯度的水；

步骤二、高温固相烧结