[发明专利]一种满足高倍率放电循环性能的钠离子电池Na2/3

说明书

本发明专利涉及一种满足高倍率放电循环性能的钠离子电池Na_2/3Mn_1/2Fe_1/4Co_1/4O₂正极材料的可控调控方法，其以碳酸钠(分子式为Na₂CO₃)、三氧化二锰(分子式为Mn₂O₃)、三氧化二铁(分子式为Fe₂O₃)及碳酸钴(分子式为CoCO₃)为原料，按化学计量比称量后充分混合，制得前驱体压密片；采用微波烧结技术合成钠离子电池Na_2/3Mn_1/2Fe_1/4Co_1/4O₂正极材料。该技术路线具有工艺简单、反应速度快、产物形貌可控、成本低廉等特点，适用于钠离子电池正极材料及相关材料的快速可控制备；合成的纯相Na_2/3Mn_1/2Fe_1/4Co_1/4O₂材料具有高比容量、良好的循环稳定性及高倍率性能，为提升钠离子电池的综合电化学性能提供宝贵依据。

技术领域

本发明属于钠离子电池材料合成与应用领域，特别涉及一种满足高倍率放电循环性能的钠离子电池Na_2/3Mn_1/2Fe_1/4Co_1/4O₂正极材料的可控调控方法。

技术背景

随着自然生态环境的不断破坏和不可再生资源的日益枯竭，如何高效利用潮汐能、太阳能、生物质能等可再生资源，并开发新型的储能系统变得非常迫切。锂离子电池由于具有高比容量、无记忆效应、长寿命等优点而受到广泛应用；然而，锂资源储量有限、地理分布不均，且社会发展对锂离子电池的需求日益增大，导致锂离子电池价格不断上涨，较大程度上阻碍了锂离子电池在大规模储能电站领域的发展。钠离子电池与锂离子电池具有类似的电池储能机制，都是通过离子的脱嵌实现化学能向电能的可逆转化，且钠资源储量丰富、成本低廉，而该化学电源系统具有成为下一代大规模储能电站的应用潜力。

正极材料作为钠离子电池的重要组成部分，决定着电池的电化学总容量性能与成本。目前，钠离子电池正极材料主要有聚阴离子化合物磷酸盐、三元过渡金属氧化物及有机类材料等；其中三元过渡金属氧化物采用过渡金属的掺杂以提高材料循环稳定性和倍率性能。现有的三元过渡金属氧化物的制备方法有高温固相法(Jiale Sun，Jianxing Shen，Tailin Wang.J.Alloy.Compd.，2017，709：481-486)、沉淀法(Jang-Yeon Hwang，Seung-Taek Myung，Chong Seung Yoon，et al.Adv.Funct. Mater.，2016，26(44)：8083-8093)、溶胶/凝胶法(Huibo Wang，Rui Gao，Zhengyao Li， et al.Inorg.Chem.，2018，57(9)：5249-5257)等。如在已有研究基础上开发操作更简单、效率更高、成本更低的合成技术，势必将显著推动三元正极材料的应用进程，对钠离子电池的低成本规模合成具有重要意义。

值得关注的是，微波烧结技术是具有光明应用前景的合成技术之一。传统烧结方法主要依靠热辐射或热对流，由表及里或由上而下的经层层递进方式加热目标反应物，存在加热速率慢、反应时间长等不足。而微波烧结技术属于内源型加热，可对反应物整体进行同时加热，具有反应时间短、热能利用率高、加热温度均匀、无温度梯度等优势；此方法为钠离子电池三元正极材料可控制备开拓了一条崭新的途径。