[发明专利]作为钠离子电池阴极材料的钠层状氧化物及其制造方法

说明书

本发明提供通式(1)的组合物：Na_x[Mn_aNi_bCr_c]O_2+y(1)其中：0.6≤x≤0.8、‑0.1≤y≤0.1、0.55≤a≤0.7、0.25≤b≤0.3、c≤0.05且a+b+c≤1.0。通式(1)的混合钠‑过渡金属氧化物可通常显示基本或仅P2结构，并可用作钠离子二次电池的正电极材料。还提供了制备通式(1)的组合物的中间产物和合成方法。

技术领域

本发明涉及基本或仅具有P2结构的混合钠-过渡金属氧化物，基本具有P3结构的中间混合钠-过渡金属氧化物，和制备这些产物的方法。本发明还涉及包含基本或仅具有P2结构的混合钠-过渡金属氧化物的钠离子二次电池的正电极，并涉及具有所述正电极、以及具有负电极活性材料的负电极和电解质的钠离子二次电池。

背景技术

钠离子电池是未来混合动力和电动汽车的最有利候选之一，因为钠原材料的低价格和超越锂离子电池性能的可能的更高性能。钠层状氧化物(Na_xMO₂，其中M是过渡金属)考虑到导致更高功率和能量的它们的高离子扩散性和容量被预期是可用于正电极的材料。特别地，P2型结构与O3或P3结构相比预计显示有利的结构稳定性。然而，P2-NaMO₂的电池电压低于其它锂薄片状结构。

WO 2017/009681 A1使用钴来改进基于钠层状氧化物的钠离子电池的容量。

US 2016/0013470 A1描述钠离子电池的掺杂的钠锰氧化物阴极材料。锰是在这篇参考文献的实验实施例中使用的过渡金属。另外，提到了具有通式Na_xMO₂的潜在P2形式，其中M＝Mn_1-y-zLi_yA_z，其中z0.2、y0.33和0.66x0.95，并且在不同元素中A可为Ni但量小于0.2。

考虑到现有技术，提供用于钠电池的有效且高容量阴极活性材料仍然是挑战。还期望提供用于钠电池的安全的阴极活性材料，具有高的可逆容量。

此外，工业生产的合理成本问题(钠电池的本质中心特征)是重要的。例如在WO2017/009681 A1中使用的钴是昂贵的并且将期望不必使用这样的过渡金属作为起始材料。此外，作为部分普遍的工业和经济效益问题，期望提供生产优化的钠层状氧化物的方法，使得可将副产物容易分离并优选用于其它工业应用。

发明概述

为了解决与现有技术产品和本领域方法有关的问题，本发明在第一方面提供具有以下通式(1)的组合物：

Na_x[Mn_aNi_bCr_c]O_2+y (1)

其中：

0.6≤x≤0.8；

-0.1≤y≤0.1；

0.55≤a≤0.7；

0.25≤b≤0.3；

c≤0.05；和

a+b+c≤1.0。

在优选实施方案中，-0.05≤y≤0.05，更优选地-0.02≤y≤0.02，仍更优选-0.01≤y≤0.01，并且最优选y基本等于零(y＝0)。

以上通式(1)的混合钠-过渡金属氧化物可适当地通常显示基本或仅P2结构。