[发明专利]一类高容量的钠离子电池正极材料

说明书

一类高容量的钠离子电池正极材料。本发明针对现有钠离子电池正极材料容量低的问题，采用钾或锂掺杂，获得一类高容量层状氧化物Na_xA_yMn_zO₂(0＜x≤0.67,0≤y≤0.20,0.80≤z≤1.00，A为K或Li)正极活性材料。本发明通过固相合成的方法在层状锰基氧化物中掺入钾或锂，大幅度提升了材料的充放电容量。在该体系中，将P2或P’2型Na_xA_yMn_zO₂作为正极材料时，在50mA/g和20mA/g的电流密度下，可逆比容量高达248.9mAh/g和225.4mAh/g。本发明所提出的钠离子电池正极材料制备成本低，储钠容量高，循环寿命长，有望在大规模储能方面得到应用。

技术领域

本发明属电化学技术领域，具体涉及一类高容量钾/锂掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料。

背景技术

近年来，钠离子电池由于钠资源储量丰富(钠在地壳中的含量为2.64％)且价格低廉受到广泛关注，有望解决锂资源短缺的问题，逐步取代锂离子电池在电子设备及大规模储能领域的应用。

然而，钠离子电池在实际应用过程中仍需解决一系列问题。由于钠离子半径较大因此，很难找到合适的材料具有较高的电化学活性和可逆的脱嵌钠容量。在正极材料中，层状过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物、普鲁士蓝类及部分有机化合物等已被证实具有一定的储钠容量和可逆的电化学行为。其中，过渡金属氧化物不仅原料价格低，制备工艺简单，且具有特殊的层状结构和较高的储钠活性，是一类很有应用前景的正极材料。层状过渡金属氧化物虽具有以上优点，但其充放电容量仍较低，严重限制了钠离子电池能量密度的提升。另一方面，过渡金属氧化物的层状结构在充放电过程中会因钠离子的嵌入而发生变化，严重的相变将会导致容量和电压的衰减。因此，制备具有高容量和循环稳定的正极材料对提高钠离子电池的能量密度和可逆性具有重要意义，进而推动钠离子电池的工业化发展。

发明内容

本发明的目的是解决现有钠离子电池正极材料容量低的问题，提供一类高容量的钠离子电池正极材料，提高钠离子电池正极材料的储钠容量。

本发明的技术方案如下：

一类高容量的钠离子电池正极材料，所述正极材料由以下质量分数的物质组成：20％～95％的Na_xA_yMn_zO₂，0＜x≤0.67，0≤y≤0.20，0.80≤z≤1.00，A为K或Li，2％～50％的导电炭黑，3％～50％的聚偏氟乙烯。

组装成的钠离子电池包括负极片、正极极片、电解液和隔膜等；所述负极片为金属钠。所述正极极片由集流体和涂覆在所述集流体上的以上所述的正极材料组成；所述电解液包括有机溶剂和钠盐。

优选的是，所述正极集流体由铝箔制成。

优选的是，所述电解液中的有机溶剂为乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯或氟代碳酸乙烯酯中的任意一种或它们之间的任意组合。

优选的是，所述电解液中的钠盐为三氟甲基磺酸钠、六氟磷酸钠、高氯酸钠、硝酸钠、双三氟甲磺酰亚胺钠或氟硼酸钠中的任意一种或它们之间的任意组合。

优选的是，所述电解液中钠盐的物质的量浓度为0.1mol/L～10mol/L。

本发明所述的电解液的制备方法，按照比例将钠盐和有机溶剂进行混合，搅拌均匀后即可。所述钠盐在使用前优选经真空烘箱100～120℃处理10～20小时，以除去原料中的水分。所述的有机溶剂优选经减压蒸馏和分子筛干燥除水后使用。所述的电解液优选经分子筛进一步除水后使用。

优选的是，所述的电解液还包含其它功能性的添加剂氟代碳酸乙烯酯。