[发明专利]一种钠离子电池高镍层状氧化物材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钠离子电池高镍层状氧化物材料及其制备方法和应用，钠离子电池高镍层状氧化物材料的化学通式为Na_xNi_aFe_bMn_cM_d0_2±δ；其中Ni、Fe、Mn为过渡金属元素，M为对过渡金属位掺杂取代的元素；在氧化物材料的结构中，过渡金属位的离子与邻近的六个氧形成八面体结构，并与八面体配位的NaO₆层交替排布，构成空间群为R‑3m的O3型的钠离子电池高镍层状氧化物材料；M具体包括Li⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Al³⁺，B³⁺，Co³⁺，V³⁺，Y³⁺，Ti⁴⁺，Zr⁴⁺，Sn⁴⁺，Mo⁴⁺，Si⁴⁺，Ru⁴⁺，Nb⁵⁺，Sb⁵⁺，Mo⁵⁺，Mo⁶⁺，W⁶⁺中的一种或多种；x，a，b，c，d和2+δ分别为对应元素所占的摩尔百分比，化学通式中各组分满足电荷守恒和化学计量守恒，并且0.67≤x≤1，0.5≤a＜1，0.01≤b≤0.35，0.01≤c≤0.35，0≤d≤0.3，0≤δ≤0.1。

技术领域

本发明涉及钠电池材料技术领域，尤其涉及一种钠离子电池高镍层状氧化物材料及其制备方法和应用。

背景技术

钠离子电池由于其成本低、来源丰富等特点，一直以来被认为是锂离子电池的有益补充。时至今日，钠离子电池的相关技术研究已经在学术和工业领域引起了广泛的关注。开发高容量、高电位的正极材料对于其实际应用是至关重要的。在过去近十年中，提出了氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物等各种正极材料。其中，层状氧化物材料因其具有优异的电化学性能而得到了广泛研究。由于钠离子不同的垛堆方式，钠基层状材料通常可以分类为P型和O型。其中，P型是指钠离子占据三棱柱位置；O型是指钠离子占据八面体位置。理解这两种晶体结构潜在的构效关系，将有助于开发更高性能的钠离子电池材料。

层状Na_xCoO₂材料在20世纪80年代初提出，早在1981年,Delmas等合成了O3,O'3,P3和P2相的NaxCoO₂，并研究了它们的电化学储钠行为。研究发现其比容量多在100-150mAh/g，能量密度多在300-400Wh/kg之间。然而钴资源高昂的价格成为该体系材料的产业化应用一大障碍。

业内人员对此开发了Ni作为钠离子电池体系材料，目前常用的是+2价态的镍基层状氧化物用作钠离子电池正极材料。但是其材料的可逆比容量还有进一步提升的空间，并不能满足业内对更高性能的钠离子电池材料的需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种钠离子电池高镍层状氧化物材料及其制备方法和应用。

有鉴于此，在第一方面，本发明实施例提供了一种钠离子电池高镍层状氧化物材料，化学通式为：Na_xNi_aFe_bMn_cM_d0_2±δ；

其中，Ni、Fe、Mn为过渡金属元素，M为对过渡金属位掺杂取代的元素；在氧化物材料的结构中，过渡金属位的离子与邻近的六个氧形成八面体结构，并与八面体配位的NaO₆层交替排布，构成空间群为R-3m的O3型的钠离子电池高镍层状氧化物材料；