[发明专利]钠离子电池过渡金属硫化物正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种钠离子电池过渡金属硫化物正极材料及其制备方法和应用，其中钠离子电池过渡金属硫化物正极材料，其化学组成为NaCr_xV_1‑xS₂，其中0x1。本发明所述的钠离子电池过渡金属硫化物正极材料，该电极材料用于钠离子电池中，于20mA/g倍率下可逆充电比容量最大可达190mAh/g，平均电压最高为2.4V vs.Na+/Na，比能量可达456Wh/kg，对于NaCr_2/3V_1/3S₂材料，于1000mA/g倍率下可逆容量仍有160mAh/g，循环100圈后容量高于90mAh/g。NaCr_xV_1‑xS₂的倍率性能好、平均放电电压高，比容量高、制备简单，适合作为钠离子电池的正极材料。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，尤其是涉及一种用于钠离子电池的过渡金属硫化物正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球经济的不断发展，对各类能源及能源材料的要求日益提升，为了节约化石燃料和保护环境，亟需寻找清洁环保的新能源体系。风能，太阳能等是较理想的清洁能源，但受气候和地理位置影响，若能将其生成的电能以电化学形式储存为化学能，就可以调控峰谷，并方便并网传输。而目前市场上的传统铅酸蓄污染较重，性能不高，正被逐步取代，而锂离子电池受锂的元素丰度较低，价格较贵影响，在成本方面没有丰度高且价格便宜的钠离子电池有优势。随着电动汽车市场需求日益增加，研发充电速度快，充电电流大的正极材料成为了当务之急。因此开发大容量，高倍率性能的电极材料具有相当的现实意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种钠离子电池过渡金属硫化物正极材料，以克服现有技术的缺陷，其具有高倍率性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

钠离子电池过渡金属硫化物正极材料，材料的化学组成为NaCr_xV_1-xS₂，其中0x1。该材料为含有过渡金属Cr、V的二元层状过渡金属硫化物。

优选的，材料晶体属于R-3m空间群结构。

优选的，本发明提出的作为钠离子电池正极材料的NaCr_xV_1-xS₂为无定型粉体形式，由烧结生成的块体研磨或球磨得来，颗粒大小取决于研磨的精细程度，应研磨至便于涂覆的粒径范围0.1-5μm。

本发明的另一个目的在于提出一种制备上述钠离子电池过渡金属硫化物正极材料的方法，以制备上述正极材料。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种钠离子电池过渡金属硫化物正极材料的制备方法，包括采用化学计量比的铬源、钒源及化学计量比的钠源、化学计量比100-110％量的硫源在惰性气体气氛条件下进行烧结反应的步骤。

优选的，还包括将烧结反应产物用研钵或球磨研磨至粉状的，得到钠离子电池过渡金属硫化物正极材料的步骤。

优选的，铬源为金属铬粉，钒源为金属钒粉，钠源为硫化钠，硫源为硫粉；

优选的，将铬源、钒源、钠源和硫源在进行烧结反应之前，需先将它们在惰性气体气氛的手套箱内混合均匀、压实，将其密封；

优选的，烧结反应温度在700-1000℃之间，反应时间在3-72h之间；

优选的，烧结反应在电炉内进行；惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或两种以上。

本发明还涉及如上所述的钠离子电池过渡金属硫化物正极材料在钠离子电池中的应用。