[发明专利]一种钠离子电池层状正极材料、制备方法及其应用

说明书

一种钠离子电池层状正极材料、制备方法及其应用，所述钠离子电池层状正极材料为NaNi_0.5‑x‑yB_xC_yMn_0.5‑zA_zO₂，所述A选自Sn、Ti、Nb、Sb、Bi中的一种，所述0.02≤z≤0.08；所述B选自Cu或Li中的一种，所述0.05≤x≤0.15；所述C选自Mg，Ca，Ba中的一种，所述0.05≤y≤0.12。本发明制备的正极材料通过在材料中掺杂相同价态或更低价态并且不易再被氧化的金属取代原有的Ni位，发现被取代Ni位的层状正极材料结构稳定性更好，进而制备的电池具有优异的长循环性能和传输动力学性能。本发明制备的正极材料具有良好的倍率性能和循环稳定性能。正极材料的制备方法简单，环保无污染，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体的涉及一种钠离子电池层状正极材料、制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池是新一代绿色环保电池，目前已广泛用于手机、电脑、电动汽车等领域，但是地壳中锂元素储量少、价格高昂，这使得锂离子电池颇为尴尬。钠是一种与锂具有相似的物理化学性质的元素，其分布广泛(在地壳中的丰度为2.3-2.8％，约为锂元素的12500倍)、价格低廉，比较两种电池，钠离子电池具有更大的天然优势和可持续发展的潜力。

2010年以来，对钠离子电池的研究大部分关注点还是集中在正极材料的研究上。钠离子电池正极材料和锂离子电池正极材料相似，这为钠离子电化学体系的研究起着至关重要的作用。层状过渡金属氧化物NaAO₂是最早研究的一类钠离子电池的正极材料，其具有能量密度高、比容量高，电子电导高、制备方法简单等优点，但是实际应用过程中这类材料在空气中极不稳定，导致在材料的合成、运输、电池组装过程中的成本提高。此外又因为钠离子半径与过渡金属半径差异较大，层状氧化物在充放电过程中易发生相间结构变化等问题，使得正极材料的结构稳定性及电化学循环性能较差，这也大大限制了这类正极材料的大规模应用。专利CN201610978502.0公开了一类钠离子电池正极材料、其制备方法及提高空气稳定性的方法，所述正极材料为三方晶系的NaA_1-x-yB_xC_yO₂，通过掺杂的方法。在所述正极材料的制备过程中掺入较A中两种元素均具有相同或更低价态并且不易再被氧化的金属B，以及在所述正极材料中与A中两种金属均具有1V以上氧化还原电势差值的金属C，使其具有更好的空气稳定性。其中，A为具有电化学活性的2种过渡金属Ni和Mn；B为Cu；C选自Sn或Ti；金属B的掺杂量在0.05≤x≤0.25范围，金属C的掺杂量在0.1≤y≤0.3范围，进一步的所述正极材料NaA_1-x-yB_xC_yO₂可以表示为NaD_zE_1-x-y-zB_xC_yO₂，该专利利用金属掺杂的方式显著改善其NaAO₂型正极材料的空气稳定性，该专利虽然解决了这种正极材料空气稳定性的问题，但如上所述结构稳定性差导致的长循环性能和传输动力学性能差的问题特别地凸显了出来，所以亟需寻找一种技术方案改善该类正极材料的长循环性能和传输动力学性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，具体的本发明通过提供一种NaNi_0.5-x-yB_xC_yMn_0.5-zA_zO₂型钠离子电池层状正极材料以解决该类正极材料长循环性能和传输动力学性能差的问题。