[发明专利]一种镁掺杂的钠离子电池三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种镁掺杂的钠离子电池三元正极材料及其制备方法。所述的镁掺杂的钠离子电池三元正极材料，其特征在于，其化学式为NaNi_1/3‑xMg_xMn_1/3Fe_1/3O₂，0＜x≤0.1。本发明所制得的材料具有较高的放电比容量和倍率性能，在将来的钠电储能系统中有较佳的应用前景。

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种钠离子电池正极材料，具体来说是一种钠离子电池用镁离子取代镍锰铁酸钠三元正极材料及其制备方法。

背景技术

能源材料的使用给我们的生活带来了极大的便利。其中锂离子电池由于循环寿命长、安全性好、质量轻、无记忆效应等特点称为当前最受关注的电化学储能技术。但是，由于锂资源的短缺，对其如此量大的需求导致了锂源价格不断上涨，，这将严重限制了锂离子电池在储能领域大规模的应用。由于钠与锂同属于碱金属主族，两者物理化学性质十分相似，且钠离子电池与锂离子电池有相似的工作原理，而钠源储量是锂源的430倍，因此容易获取，成本低廉，钠离子电池被认为是锂离子电池的最合适的替代者。

以镍、锰、铁氧化物为原料制备而成的镍锰铁酸钠三元材料是一种极具发展前景的正极材料，三元材料通过Ni-Mn-Fe的协同作用，是一种应用前景十分广阔的正极材料。然而，钠离子电池三元正极材料，在充放电的过程中发生复杂的相变，会造成材料结构的不稳定，电池倍率性能低。

发明内容

本发明目的是提供一种镁掺杂的钠离子电池三元正极材料，以解决现有技术中钠离子电池三元正极材料结构不稳定倍率性能低的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种镁掺杂的钠离子电池三元正极材料，其特征在于，其化学式为NaNi_1/3-xMg_xMn_1/3Fe_1/3O₂，0＜x≤0.1。

本发明还提供了上述的镁掺杂的钠离子电池三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1：称取112重量份的碳酸钠、40～50重量份的一氧化镍、54重量份的三氧化二铁、48重量份的一氧化锰、0.1～5.6重量份的氧化镁，加入610重量份的去离子水中，搅拌，得到混合液；

步骤2：将步骤1)所得的混合液加入到纳米球磨机中球磨20～80分钟，取出浆料于80～120℃下进行喷雾干燥，得到前驱体粉末；

步骤3：将步骤2所得前驱体粉末于空气气氛下以2～5℃/min升温至750～1000℃煅烧9～15h，降至室温后得到镁掺杂的钠离子电池三元正极材料。

优选地，所述的镁掺杂的钠离子电池三元正极材料的化学式为NaNi_1/3-xMg_xMn_1/3Fe_1/3O₂,x＝0.03，按重量份数计算，所述的步骤1中的混合液的原料由碳酸钠112份、三氧化二铁54份、一氧化锰48份、一氧化镍46份、氧化镁2.4份和去离子水610份组成，步骤3中的煅烧温度为800℃，煅烧时间为15h。

优选地，所述的镁掺杂的钠离子电池三元正极材料的化学式为NaNi_1/3-xMg_xMn_1/3Fe_1/3O₂，x＝0.03，按重量份数计算，所述的步骤1中的混合液的原料由碳酸钠：112份、三氧化二铁：54份、一氧化锰：48份、一氧化镍：46份、氧化镁：2.4份和去离子水：610份组成；步骤3中的煅烧温度为900℃，煅烧时间为12h。