[发明专利]NaLuO2

说明书

本发明提供了NaLuO₂在作为钠离子电池正极材料中的用途。含稀土元素层状氧化物NaLuO₂作为可充电钠离子电池的正极材料，以NaLuO₂为正极材料的钠离子电池每间隔20次充放电循环，充放电比容量会规律性地出现“突升”现象，并在随后的几个循环中快速回落，并且回落后的比容量比突变前的更高，而在随后的充放电循环中比容量稳定在50 mAh·g^‑1左右。可以解决充电电池的容量随着使用次数增加而降低的问题，在延长充电电池寿命方面充分发挥优势。因此，可以将含稀土元素层状氧化物NaLuO₂作为钠离子电池正极材料，大量应用在可充电的钠离子电池中。

技术领域

本发明涉及无机化学和能源材料技术领域，具体涉及含稀土元素层状氧化物NaLuO₂在作为钠离子电池正极材料中的用途。

背景技术

电化学储能技术是平衡能源供给与消费的重要手段之一，在“双碳”目标驱动下，其性能提升越发重要。钠离子电池因原料丰富，成本低廉，有望在储能领域有更广泛的应用。正极材料的性能是影响钠离子电池性能的关键因素之一，层状氧化物（NaMO₂，M=V, Mn,Cr等），由于氧化还原电位相对较高、比能量高、价格低廉,是钠离子电池正极材料中很有潜力的一种，因此受到了越来越多的关注，但其存在钠离子脱嵌对结构破坏等不利影响。采用离子半径较大的稀土元素取代传统的过渡金属，可以获得更加稳定的材料结构，和更加有利的电子结构，从而提升电池的性能，将稀土元素直接作为电极材料中的关键组分如层状氧化物是一个新的研究方向。

镥是一种金属元素，化学符号为Lu，是稀土元素中最硬和最致密的金属，NaLuO₂有着α-NaFeO₂构型的层状结构，其晶体结构为六方晶系，空间群为R m，Na原子有序的分布在特征LuO₆八面体的边缘共享层层间，目前已经广泛应用的锂离子电池正极材料如钴酸锂，三元材料均具有这种结构。由于含稀土元素层状氧化物NaLuO₂的晶体结构和电子结构优势，因此其可作为钠离子电池正极材料。探究含稀土层状氧化物NaLuO₂作为钠离子电池正极的电化学性能以及稀土元素在钠离子电池中的应用，对未来开发新体系的层状材料及稀土元素在钠离子电池中的应用研究产生积极影响。目前没有任何技术披露NaLuO₂作为钠离子电池正极材料的用途。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供含稀土元素层状氧化物NaLuO₂在作为钠离子电池正极材料中的用途。

本发明提供了如下的技术方案：

NaLuO₂在作为钠离子电池正极材料中的用途。

在所述的用途中，所述钠离子电池为可充电钠离子电池。

在所述的用途中，所述NaLuO₂的制备方法，包括如下步骤：

S1、取2-3摩尔份Na₂O和1摩尔份Lu₂O₃混合均匀，进行烧结，得到烧结产物；

S2、向步骤S1的烧结产物中加入0.8-1.5摩尔份Na₂O，混合均匀，进行烧结，得到烧结产物；

S3、向步骤S2的烧结产物中加入0.2-0.6摩尔份Na₂O，混合均匀，进行烧结，重复此步骤2-5次；

S4、将步骤S3得到的烧结产物进行离心。

在所述的用途中，所述步骤S1和步骤S2中，烧结条件为：温度从室温升到850-900℃，升温速度为5-15℃/min，在850-950℃下烧结40-50小时。