[发明专利]钠镁铁锰基层状氧化物材料、制备方法和用途

权利要求书

1.一种具有氧离子变价的钠镁铁锰基层状氧化物材料，其特征在于，所述层状氧化物材料的化学通式为：Na_a[Mg_bFe_CMn_d]O_2+β；

所述a,b,c,d,β分别为对应元素所占的摩尔百分比；它们之间的关系满足b+c+d＝1，且a+2b+3c+4d＝2×(2+β)；其中0.67≤a≤1；0.083≤b≤0.33；0.16≤c≤0.67；0.25≤d≤0.5；-0.02≤β≤0.02；

所述层状氧化物材料的空间群为

所述氧离子变价层状氧化物材料用于钠离子二次电池的正极活性材料，首周充电时，晶格中铁离子失去电子，平均价态从+3价升高变为+4价，晶格中的氧离子失去电子，平均价态从-2升高变为介于-2和-1之间的价态；首周放电时，具有较高价态的氧离子重新得到电子，随后铁离子得到电子被还原，随着放电的深入，部分锰离子会得到电子，平均价态由四价变为三价；从第二周开始，充放电过程中铁离子,氧离子和锰离子共同参与可逆的得失电子过程。

2.根据权利要求1所述的层状氧化物材料，其特征在于，在首周充电时，所述晶格中的氧离子由O^2-转变为其中0＜x＜4。

3.一种如上述权利要求1所述的层状氧化物材料的制备方法，其特征在于，所述方法为固相法，包括：

将所需钠的化学计量100wt％～108wt％的碳酸钠和所需化学计量的氢氧化镁和/或氧化镁、氧化铁和/或四氧化三铁、二氧化锰按比例混合成前驱体；

采用球磨的方法将所述前驱体均匀混合得到前驱体粉末；

将所述前驱体粉末置于马弗炉内，在600℃～1000℃的空气气氛中热处理2～24小时；

将热处理后的前驱体粉末进行研磨，得到所述层状氧化物材料。

4.一种如上述权利要求1所述的层状氧化物材料的制备方法，其特征在于，所述方法为喷雾干燥法，包括：

将所需钠的化学计量100wt％～108wt％的碳酸钠和所需化学计量的氢氧化镁和/或氧化镁、氧化铁和/或四氧化三铁、二氧化锰按比例混合成前驱体；

将所述前驱体加乙醇或水后搅拌均匀形成浆料；

对所述浆料进行喷雾干燥后得到前驱体粉末；

将所述前驱体粉末置于马弗炉内，在600℃～1000℃的空气气氛中热处理2～24小时；

将热处理后的前驱体粉末进行研磨，得到所述层状氧化物材料。

5.一种如上述权利要求1所述的层状氧化物材料的制备方法，其特征在于，所述方法为喷雾干燥法，包括：

采用化学计量比的硝酸钠、硝酸镁、硝酸锰、硝酸铁和/或硝酸亚铁为前驱体；

将所述前驱体加乙醇或水后搅拌均匀形成浆料；

对所述浆料进行喷雾干燥后得到前驱体粉末；

将所述前驱体粉末置于马弗炉内，在600℃～1000℃的空气气氛中热处理2～24小时；

将热处理后的前驱体粉末进行研磨，得到所述层状氧化物材料。

6.一种如上述权利要求1所述的层状氧化物材料的制备方法，其特征在于，所述方法为溶胶-凝胶法，包括：

将所需钠的化学计量100wt％～108wt％的乙酸钠、硝酸钠、碳酸钠或硫酸钠中的一种或几种，以及分别含有镁、锰、铁的硝酸盐或硫酸盐按化学计量比溶于水或者溶于乙醇混合成前驱体溶液；

在50℃～100℃下搅拌，并且加入适量螯合剂，蒸干形成前驱体凝胶；

将所述前驱体凝胶置于坩埚中，在200℃～500℃的空气气氛下，预烧2个小时；

再在600℃～1000℃下热处理2～24小时；

将热处理后的前驱体粉末进行研磨，得到所述层状氧化物材料。