[发明专利]一种过渡金属氧化物正极材料的制备及其在钠离子电池中的应用

说明书

本发明涉及一种过渡金属氧化物正极材料及其制备和应用，所述正极材料的组成为Na_xA_yB_zO₂。本发明的Na_xA_yB_zO₂是使用金属氧化物模板‑高温固相法制备出来的，使用具有特殊形貌的金属氧化物为模板，不需要引入额外的模板，无需去除模板等后处理过程，简单易行。Na_xA_yB_zO₂微球能够缓解钠离子嵌入脱出过程中产生的机械应力，减小活性物质与电解液的接触面积，从而改善材料的结构稳定性和循环稳定性。Na_xA_yB_zO₂纳米线具有较短的离子传输路径，较高的电导率及较强的应变适应能力，因此展现出较高的放电容量和循环稳定性。所制备的Na_xA_yB_zO₂微球和纳米线通过电化学性能测试，表现出较高的放电比容量和优异的倍率性能及循环性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池正极材料领域，特别涉及一种具有特殊形貌的钠离子电池用过渡金属氧化物正极材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着社会的发展，化石能源的过度消耗引起的能源短缺及环境污染问题日益严峻，严重影响了人类社会的可持续发展。因此，大力发展太阳能、风能、潮汐能等可再生能源成为必然趋势。但是，可再生能源发电(风能、太阳能等)不连续、不稳定，很难并网利用。因此，大规模储能技术是实现可再生能源普及应用的瓶颈技术。在众多储能方式中，锂离子电池由于其充放电电压高、无记忆效应、能量密度高、自放电较小、寿命长等优势，在便携式电子设备及电动汽车领域得到广泛应用。但是，锂资源储量有限，且分布极不均匀，严重限制了其在大规模储能领域的应用。

钠离子电池由于钠储量丰富(地壳中Na的丰度是Li的1000倍)、分布均匀、成本低廉，正逐渐成为大规模储能领域的研究热点。但是，Na⁺的离子半径比Li⁺大，在相似结构中原子占位会有所区别，不能直接将锂离子电池正极材料生搬硬套的作为钠离子电池正极材料。所以重新找寻合适的钠离子电池的电极材料是钠离子电池实用化和工业化的关键。层状过渡金属氧化物具有可逆容量高，操作电压合适及合成方法简单等优点，是一种很有应用潜力的钠离子电池正极材料。但是，充放电过程中复杂的相转变很容易引起电极材料的结构坍塌，进而引起电池快速的容量衰减。形貌调控是增强材料结构稳定性，改善电池循环性能的重要手段之一。但是，从目前的报道来看，层状过渡金属氧化物的制备方法主要是溶胶凝胶法和高温固相法。这两种方法很难直接制备具有特殊形貌(微球、纳米线等)的层状过渡金属氧化物正极材料。金属氧化物模板-高温固相法是一种制备具有特殊形貌的过渡金属氧化物正极材料的方法，使用具有特殊形貌的金属氧化物为模板，不需要使用额外的模板，无需去除模板等后处理过程，简单易行。Na_xA_yB_zO₂微球能够缩短离子传输距离，缓解钠离子嵌入脱出过程中产生的机械应力，减小活性物质与电解液的接触面积，从而改善材料的倍率性能和循环稳定性。Na_xA_yB_zO₂纳米线具有较短的离子传输路径，较高的电导率及较强的应变适应能力，因此展现出较高的放电容量、倍率性能和循环稳定性。所制备的Na_xA_yB_zO₂微球和纳米线通过电化学性能测试，表现出较高的放电比容量和优异的倍率性能及循环稳定性，在钠离子电池中有良好的应用前景。

发明内容

本发明涉及一种具有特殊形貌的过渡金属氧化物正极材料的制备方法及其在钠离子电池中的应用。

使用具有特殊形貌的金属氧化物为模板，不需要添加额外的模板，无需去除模板等后处理过程，简单易行。