[发明专利]一种掺杂型包覆钠离子电池正极材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种掺杂型包覆钠离子电池正极材料及其制备方法和用途，其制备方法包括：将钠源、M1源和M2源按照所需的化学计量比称量后均匀混合，在700℃～1000℃的空气气氛中热处理2～24小时，制备得到O3相的复合氧化物内核材料Na_xM1_aM2_bO₂；将复合氧化物内核材料分散入分散剂中，在25℃～200℃下搅拌，在搅拌过程中加入掺杂包覆前驱体，蒸干分散剂后将所得材料在烘箱内80℃～200℃下烘干，得到包覆物料；将包覆物料进行二次或多次烧结，烧结温度为400℃～900℃，烧结时间为3～25小时，烧结后得到具有掺杂型包覆层的包覆产物；将具有掺杂型包覆层的包覆产物进行研磨，即得到掺杂型包覆钠离子电池正极材料。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种掺杂型包覆钠离子电池正极材料及其制备方法和用途。

背景技术

化石能源枯竭的问题已经引起了社会的广泛关注，可再生的清洁能源如太阳能风能的大规模利用刻不容缓。由于这类清洁能源的间歇性特征难以直接并网使用，储能设备特别是电化学储能的快速发展十分重要。在电化学储能中锂离子电池以其高电压、高容量、长循环寿命在人们生活中得到广泛应用。但是由于锂资源储量有限且分布不均，随着有限锂资源的逐渐消耗，锂的成本逐渐升高，其作为规模储能锂离子电池必然会受到限制。尤其是近年来，锂离子电池成本因为在3C领域以及电动汽车领域的广泛应用而升高，无法满足大规模储能市场的低成本需求。

所以在储能领域，需要寻找一种补充甚至替代锂离子电池的二次电池体系。与其处于同一主族的元素钠与锂具有非常相似的物理和化学性质，并且钠在地球上的丰度比锂要高，成本较低，所以发展钠离子二次电池作为大规模储能设备成为一个比较好的选择。

发明内容

本发明公开了一种掺杂型包覆钠离子电池正极材料及其制备方法和用途。本发明掺杂型包覆钠离子电池正极材料循环性能优异、倍率性能好、对电解液稳定性好，制备方法简单，提升了材料的综合性能以及应用潜力。应用本发明正极材料的钠离子二次电池，循环性能优异，倍率性能优异，安全性能好，可以用于太阳能发电、风力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源或通信基站的大规模储能设备。

第一方面，本发明实施例提供了一种掺杂型包覆钠离子电池正极材料的制备方法，所述制备方法包括：

将钠源、M1源和M2源按照所需的化学计量比称量后均匀混合，在700℃～1000℃的空气气氛中热处理2～24小时，制备得到O3相的复合氧化物内核材料Na_xM1_aM2_bO₂；所述钠源包括碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠中的一种或几种；所述M1源和M2源分别为M1和M2的氧化物、碳酸盐、氢氧化物中的一种或几种；其中，0.8≤x≤1.0，a+b＝1并且使材料满足电中性；M1为过渡金属元素的一种或几种；M2为非过渡金属元素中的一种或几种；

将所述复合氧化物内核材料分散入分散剂中，在25℃～200℃下搅拌，在搅拌过程中加入所需剂量的掺杂包覆前驱体，蒸干分散剂后将所得材料在烘箱内80℃～200℃下烘干，得到包覆物料；所述掺杂包覆前驱体包括Al、Mg、Ti、Zn或La的硝酸盐及其水合物、硫酸盐及其水合物、有机盐中的一种或几种；

将所述包覆物料进行二次或多次烧结，烧结温度为400℃～900℃，烧结时间为3～25小时，烧结后得到具有掺杂型包覆层的包覆产物；

将所述具有掺杂型包覆层的包覆产物进行研磨，即得到所述掺杂型包覆钠离子电池正极材料。

优选的，所述分散剂包括水、无水乙醇、N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或几种。

第二方面，本发明实施例提供了一种通过上述第一方面所述制备方法制备得到的掺杂型包覆钠离子电池正极材料，所述正极材料包括：复合氧化物构成的内核材料和部分掺杂于所述内核材料中部分包覆于所述内核材料外的掺杂包覆层；