[发明专利]一种锰基NASICON型钠离子正极材料及其制备方法和应用

说明书

本申请提供了一种锰基NASICON型钠离子正极材料及其制备方法和应用，属于纳米材料与电化学技术领域。本申请的锰基NASICON型钠离子正极材料是Na_3+2xMn_1+xR_1‑x(PO₄)₃，其中，0≤x≤0.5；所述Na_3+2xMn_1+xR_1‑x(PO₄)₃为Mn²⁺和R金属离子固溶形成的材料；其中，所述R金属离子为Ti⁴⁺或Zr⁴⁺。由于本申请提供的锰基NASICON型钠离子正极材料掺入了R金属离子，减少了Mn²⁺的用量，从而抑制锰离子的Jahn‑Teller畸变和歧化反应，并且激发了Mn²⁺/Mn³⁺/Mn⁴⁺氧化还原反应的高效可逆发生，使得本申请提供的锰基NASICON型钠离子正极材料具有相对较高的能量密度和循环稳定性，同时该钠离子正极材料具有优异的低温电化学性能，在0℃的条件下仍能释放出较高的容量。

技术领域

本申请涉及纳米材料与电化学技术领域，具体而言，涉及一种锰基NASICON型钠离子正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

传统化石能源的日益枯竭和环境不友好性已经无法满足当今人类的生存和发展需求，因此寻找一种来源广、无污染的能源方式来替代传统化石能源就显得尤为重要。随着“碳中和、碳达峰”观念的深入人心，可再生绿色能源受到了人们的青睐。为了能够将这些可再生能源整合到电网中，大型的储能系统对调峰运行显得至关重要。在各种储能技术中，电化学二次电池由于其高能量密度和高转化效率以及维护简单等优点，得到广泛关注。其中锂离子电池作为最具代表性的电化学二次电池已经广泛应用于消费类电子产品、新能源电动汽车和电网基站储能等领域，但锂资源在地壳中的储量并不高，特别是近些年锂离子电池的大规模应用，锂矿的过度开采使得锂原料的价格一路飙升，从长远来看已无法满足人类发展的需求，寻找能够代替锂离子电池的下一代电池十分重要。钠与锂位于同一主族，具有相似的化学性质，电极电位相近。且相对于锂离子电池，钠离子电池成本相对较低，也更加安全，因此钠离子电池被认为是下一代二次电化学电池的最佳候选。

NASICON结构(Super ionic conductor，钠超离子导体)具有良好的结构稳定性和离子导电性，NASICON结构的材料具有三维开放的结构，为钠离子的快速扩散提供了便捷的通道，是理想的电极材料。其中，锰基NASICON型钠离子正极材料由于其相对成本低廉、多电子电化学反应、高工作电压等特性，具有较好的实际应用潜力。其中，锰离子通常包含Mn²⁺/Mn³⁺和Mn³⁺/Mn⁴⁺两组氧化还原反应，但由于Mn³⁺存在Jahn-Teller畸变以及歧化反应，使得锰基材料难以维持较好的循环稳定性。

因此，如何抑制锰离子的Jahn-Teller畸变以及歧化反应，保证锰基NASICON型钠离子正极材料的循环稳定性，同时还能提高正极材料的储钠容量以及能量密度尤为重要。

发明内容

本申请提供一种锰基NASICON型钠离子正极材料及其制备方法和应用，以抑制锰基NASICON型钠离子正极材料中锰离子的Jahn-Teller畸变以及歧化反应，从而保证锰基NASICON型钠离子正极材料的循环稳定性，同时提高正极材料的储钠容量以及能量密度。