[发明专利]一种阴离子掺杂的钠离子电池氧化物正极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种阴离子掺杂的钠离子电池氧化物正极材料，属于钠离子电池正极材料领域。

背景技术

资源枯竭和环境污染已成为了传统能源发展的瓶颈，改变目前的能源结构、开发新能源成为当今社会迫在眉睫的任务。自1991年，第一个商品化的锂离子电池——碳/钴酸锂电池被运用于便携储能设备中，由于拥有高电压、高能量密度和长寿命，锂离子电池迅速进入了便携式电子设备以及电动汽车等领域。然而，随着电动汽车和电化学储能的进一步发展，相对储量匮乏的锂元素的价格势必会继续提高。因此，发展下一代具有优异电化学性能和价廉的的储能体系显得极为重要。钠是与锂元素同族的元素，它具有与锂相似的电化学性质，并且其具有资源丰富、价格低廉、环境友好等优势，成为一种极具发展前景的替代锂离子电池的新型绿色储能体系，并得到了国内外产业界的广泛关注。

在钠离子电池正极材料中，过渡金属氧化物是最具热点的研究对象。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、循环稳定性差，这些问题限制了其商品化运用。如O3相NaNi_0.5Mn_0.5O₂层状二元材料，其在2.2-3.8V电压范围内能够得到125mAh/g的初始比容量，循环50周后，容量保持率仅为75％。专利CN104505507A中的0.2NaFeO₂-0.8NaNi_0.5Ti_0.5O₂固溶体正极材料在30次循环后的容量保持率为89.3％；专利CN105810932A中的P2相Na_0.66Co_0.22Mn_0.44Ti_0.34O₂材料的充放电可逆容量只有60～100mAh/g，并且在循环100周后，仅保持了60％的容量。因此，若能提高钠离子电池氧化物正极材料的容量并改善其循环性能，将大力推进钠离子电池在储能领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阴离子掺杂的钠离子电池氧化物正极材料及其制备方法，以改善其循环性能。同时该钠离子电池氧化物正极材料具有成本低廉、合成方法简单的特点，可用于大规模生产，具有良好的应用前景。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种阴离子掺杂的钠离子电池氧化物正极材料，其通式为Na_aM_bN_cO_dY_y，其中0.4<a<1，0<b≤1，0≤c≤1，b+c＝1，0<y≤0.1，2d+n*y＝4，n为Y表示的阴离子的价态；M为变价金属元素Fe，Ni，Mn，Co，V，Cr，Ti中的一种或几种；N为不可变价金属元素Zn，Mg，K，Ca，Al中的一种或几种；Y为F^-，Cl^-，SO₄^2-，BO₃^3-，PO₄^3-，SiO₄^4-中的一种或几种。

提供一种上述阴离子掺杂的钠离子电池氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：采用固相合成法，包括以下步骤：

A)将钠源化合物、M源化合物、N源化合物和Y源化合物按化学计量比混合，球磨混合1-12h；

B)将前驱体置于马弗炉中在800-1300℃条件下煅烧3-24h，冷却至室温，得到阴离子掺杂的钠离子电池氧化物正极材料。

按上述方案，所述的钠源化合物为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氧化钠、氟化钠、氯化钠、硫酸钠、硼酸钠、磷酸钠、硅酸钠中的一种或几种。