[发明专利]储钠正极材料及其制备方法、包含其的正极浆料、正极和电池

说明书

技术领域

本发明属于能源化学领域，尤其涉及储钠正极材料及其制备方法、包含其的储钠正极浆料、储钠正极和钠离子电池。

背景技术

当今社会对于绿色能源的需求日益旺盛，应用在电动汽车和便携式电子通讯设备中的绿色环保电池发展迅猛，其中安全可靠的绿色电源设备备受关注。目前，采用摇椅效应的锂离子二次电池已经有相应的商业应用，高性能锂离子电池及其电极材料的研究是电化学、材料化学、物理学等科学领域和各大动力和储能电池工业领域研究和发展的热点，大规模的电化学储能技术目前存在着多种技术路线，其中锂离子电池以其高的能量密度、高功率密度以及长循环寿命等特点成为重要技术路线之一。然而，随着锂离子电池越来越多地应用于电动汽车中，锂的需求量将大大增加，而在自然界中，锂的储量是非常有限的，在地壳中约占0.006％，且分布不均匀，对其开发也将变得越来越困难且开发成本也将大大增加，这对于发展大规模动力和储能的长寿命二次电池来说，在未来可能将会成为一个重要问题。与锂离子电池相比较，钠离子电池具有一些很明显的优点，原材料更加丰富，钠在地壳中约占2.7％，有丰富的储量，并且分布广泛，成本也比锂离子电池要低，是一种非常有潜力和吸引力的替代品，而且同为元素周期表第I主族的钠离子和锂离子的性质有许多相似之处，因此钠离子完全有可能和锂离子一样构造一种广泛使用的二次电池，若具有优良工作性能的钠离子电池被开发出来，它将拥有比锂离子电池更大的竞争优势。

在对能量密度和体积要求不高的智能电网等大规模储能设备中，钠离子电池再次得到人们密切关注。钠离子电池的工作原理与锂离子电池相类似，正负极材料釆用钠离子能容易嵌入和脱嵌的活性材料，电解液由钠离子溶解在有机溶剂或水中构成。早期被设计开发出来的电极材料如MoS₂、TiS₂以及Na_xMO₂电化学性能不理想，发展非常缓慢。寻找合适的钠离子电极材料是钠离子储能电池实现实际应用的关键之一。近几年来，根据钠离子电池特点设计开发了一系列正负极材料，在容量和循环寿命方面有很大提升，如作为负极的硬碳材料、过渡金属及其合金类化合物，作为正极的聚阴离子类、普鲁士蓝类、氧化物类材料，特别是层状结构的Na_xMO₂(M＝Fe、Mn、Co、V、Ti)及其二元、三元材料展现了很好的充放电比容量和循环稳定性。目前我国的锰矿资源量大，价格便宜，其中NaMnO₂是层状结构，由共边排列的MnO₆八面体组成过渡金属层，Na⁺位于MnO₆八面体的层间，层状结构不稳定但比容量较高；Na₄Mn₉O₁₈作为隧道结构，其中全部的Mn⁴⁺和一半的Mn³⁺占据八面体位置(MnO₆)，另一半Mn³⁺占据四方锥形多面体位置(MnO₅)，它将不规则多面体和较大的S形通道连接起来，隧道结构稳定且循环性能好而比容量则较低。其中NaMnO₂是层状结构，由共边排列的MnO₆八面体组成过渡金属层，Na⁺位于MnO₆八面体的层间，层状结构不稳定但比容量较高；Na₄Mn₉O₁₈作为隧道结构，其中全部的Mn⁴⁺和一半的Mn³⁺占据八面体位置(MnO₆)，另一半Mn³⁺占据四方锥形多面体位置(MnO₅)，它将不规则多面体和较大的S形通道连接起来，隧道结构稳定且循环性能好而比容量则较低，NaMnO₂和Na₄Mn₉O₁₈在二次储能电池中的应用因此受限。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，提出一种比容量高、循环性能好的储钠正极材料，本发明提供了一种储钠复合正极材料，包括NaMnO₂和Na₄Mn₉O₁₈的混合物。