[发明专利]一种O3型层状钠离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种O3型层状钠离子电池正极材料及其制备方法，为纯O3相层状金属氧化物，具有密排六方晶体结构，分子式为NaMn_0.5Ni_0.5‑xM_xO₂，其中0＜x≤0.3，M为Y³⁺、La³⁺、Ac³⁺、Ga³⁺和Sc³⁺中的至少一种。本发明通过对O3型NaMn_0.5Ni_0.5O₂层状钠离子电池正极进行特定的三价金属阳离子掺杂，可具有抑制材料在充放电过程中发生结构畸变，从而提高结构稳定性，进而提高其电化学性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，涉及一种O3型层状钠离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

与锂资源相比，钠资源在地球上的储量更为丰富、分布更为广泛，其天然的成本优势使得高性能钠离子电池被认为是大规模储能领域的有力竞争者，越来越多的研究学者们对其进行研究。正极材料作为钠离子电池的重要组成部分，其电化学性能很大程度上决定了电池的能量密度和生产成本。借鉴于层状氧化物锂离子电池正极材料的生产工艺所制备的层状过渡金属氧化物钠离子电池正极材料因其比容量高、资源丰富、环境友好被认为是最适合于商业化应用的钠电正极材料。

层状过渡金属氧化物钠离子电池正极材料可根据氧原子的排列堆叠顺序分成P2型和O3型，其中根据Na⁺占据钠层(NaO₂)的三棱柱位置和八面体位置区分P型和O型。与P2型层状正极材料相比，O3型层状正极材料可储存更多的Na⁺，在同样的电压范围内也能够发挥较高的可逆比容量，因此具有更好的商业化应用前景。然而，O3型层状正极材料中Na⁺的扩散需要额外的能量来通过扩散的能垒。因此，大多数O3型层状正极材料在充放电过程中会出现复杂的相变和多个电压平台，从而导致电极性能的下降。O3型NaMn_0.5Ni_0.5O₂层状钠离子电池正极材料层状正极材料因其不含毒害性高的Co元素且能够在全电池中充分发挥其容量，具备良好的大规模应用前景而被广泛关注。然而，充电到4.1V以上的高电压时，NaMn_0.5Ni_0.5O₂层状正极会发生不可逆P3-P3’-P3”相变，导致材料的可逆比容量的迅速衰减，循环寿命降低。专利CN110277555A公开了一种O3型钠离子电池正极材料、制备方法及应用，所述正极材料为NaMn_0.4Ni_0.4Fe_0.2O₂，其无法避免制备过程中合成出NiO杂质，且仅仅在2-4V范围内的电化学性能尚优，仍旧无法改善高电压充放电过程中出现的不可逆相变问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种O3型层状钠离子电池正极材料及其制备方法，通过对O3型NaMn_0.5Ni_0.5O₂层状钠离子电池正极进行特定的三价金属阳离子掺杂，可具有抑制材料在充放电过程中发生结构畸变，从而提高结构稳定性，进而提高其电化学性能。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种O3型层状钠离子电池正极材料，为纯O3相层状金属氧化物，具有密排六方晶体结构，分子式为NaMn_0.5Ni_0.5-xM_xO₂，其中0＜x≤0.3，M为Y³⁺、La³⁺、Ac³⁺、Ga³⁺和Sc³⁺中的至少一种。

优选的，所述分子式中，0.05≤x≤0.1。