[发明专利]一种高能量密度的钠离子电池Na0.67

说明书

本发明专利公开了一种高能量密度的钠离子电池Na_0.67Mn_0.65Fe_0.2Ni_0.15O₂正极材料的高效、稳定制备方法，该发明采用微波固相烧结法来制备钠离子电池正极材料，此方法具有制备的成本低，成产效率高，实验参数体系易调节，产品纯度高等优点；所制备的正极材料为层状结构，表面光滑均匀；并采用剪切力机械打磨法进行表面包覆，以提高材料导电性和倍率性能；钠离子电池Na_0.67Mn_0.65Fe_0.2Ni_0.15O₂正极材料的制备与应用显著提高了电池的储钠比容量和功率密度，为优化钠离子电池的综合电化学性能提供新思路。

技术领域

本发明涉及三元钠离子电池正极材料制备技术领域，特别涉及一种高能量密度的钠离子电池Na_0.67Mn_0.65Fe_0.2Ni_0.15O₂正极材料的高效、稳定制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小等优势而在便携式电子设备、电动汽车市场等领域得到广泛应用，并向可再生能源大规模储能系统和智能电网扩展。随着人们对锂离子电池需求的不断增长，锂资源储量逐渐贫瘠；锂离子电池关键材料价格不断攀升，因此锂离子电池作为大型储能器件的发展受到一定限制。与锂离子电池相比，钠离子电池具有钠资源丰富、价格低廉、且分布广泛等显著优势。而钠与锂属于同一主族，具有相似的理化性质和电化学反应机制；因此，钠离子电池是锂离子电池的理想替代能源之一。但由于钠离子半径大，在正极材料上脱嵌较困难，导致实际材料的比容量较低、循环稳定性有待提高，尚无法达到规模商业化标准。

更为关键的是，正极材料的容量决定钠离子电池的整体电芯容量；目前报道的钠离子电池正极材料有层状氧化物、金属框架结构材料及聚阴离子氧化物等。层状金属氧化物因具有优异的电化学性能而成为研究热点，其存在形态主要有 O3型和P2型。在这两种结构中，O3相结构中钠离子迁移要通过四面体中心位置、离子通道狭窄、扩散势垒大及放电比容量低，且在充放电时易发生相变，导致循环稳定性欠佳。而P2型结构中钠离子迁移经过相对较宽的平面四边形中心位置，导致扩散势垒低和电池能量密度高；同时在充放电过程中能够保持其晶体结构，从而展现较好容量保持率。三元钠离子正极材料Na_0.67Mn_0.65Fe_0.2Ni_0.15O₂作为P2型钠基层状过渡金属氧化物，不仅具有P2晶体结构稳定性优势，还因多元金属离子的协同效应使倍率性能、实际放电比容量及循环稳定性均得到进一步提升，是理想的大规模储能钠离子电池正极材料(P.F.Wang，H.R.Yao，X.Y. Liu，etal.Sci.Adv.，2018，4：6018.)。

对于三元钠离子正极材料Na_0.67Mn_0.65Fe_0.2Ni_0.15O₂而言，常用的合成方法有溶胶-凝胶法、固相合成法、共沉淀法等(N.Yabuuchi，M.Yano，H.Yoshida，et al.J.Electrochem.Soc.，2014，14：1620-1626；I.Hasa，S.Passerini，J.Hassoun.Rsc.Adv.，2015，5：48928-48934；S.M.Oh，S.T.Myung，C.S.Yoon.Nano Lett.，2014， 14：1620-1626)。传统合成方法存在制备周期长、操作复杂、成本高、产物结构可控性差的关键问题；如在已有研究基础上，开发操作更为简便、高效的合成技术，对三元钠离子电池正极材料Na_0.67Mn_0.65Fe_0.2Ni_0.15O₂的应用具有重要现实意义。