[发明专利]一种掺杂改性钠离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于电池技术领域，公开了一种掺杂改性钠离子电池正极材料及其制备方法。该掺杂改性钠离子电池正极材料的分子式为Na_1‑a‑bCr_1‑a‑bTi_aAl_bO₂，其中0a+b≤0.1，a、b均为正数，且所述掺杂改性钠离子电池正极材料呈花团状。本发明以钠源、铬源、钛源和铝源为原料，采用喷雾热解法后速冷制备具有花团形貌的铝、钛双元素掺杂改性钠离子电池正极材料。通过喷雾热解法后速冷制备的掺杂改性钠离子电池正极材料可直接用于钠离子电池，采用本发明方法制得的掺杂改性钠离子电池正极材料具有良好的层状结构、倍率性能及优异的循环稳定性。

技术领域

本发明属于电池技术领域，特别涉及一种掺杂改性钠离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池以容量高，能量密度大、循环寿命长、充放电效率高等优点而广泛应用在各个领域，例如储能器件领域。为了解决当前面临的能源环境问题，锂离子电池作为动力电池将在未来电动车和规模化生产中得到大量应用。然而，锂资源在地壳中的储量有限，地球上的锂资源远远不能满足需求。从降低材料成本的角度来看，发展新型的可替代锂离子电池的储能体系非常重要。钠离子电池与锂离子电池具有相同的工作原理，而且钠是地壳中最丰富的元素之一，其价格要远低于含锂矿物质原料。

有关钠离子电池正极材料的研究报道自2010年开始有井喷势发展，层状过渡金属氧化物Na_xMO₂(M＝Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni等)因其具有较高的电化学活性且合成工艺可控成为人们研究的热点。NaCrO₂在1982年就被证明可作为钠离子电池正极材料，后来陆续的研究证明其在电压区间2.0-3.6V(对Na⁺/Na)内，通过O3-P3的相转变，能够可逆脱嵌0.48mol的钠离子，放电比容量高达120mAh/g，电压平台接近3.0V。此外，NaCrO₂具有较高的热稳定性，当温度升高到350℃，脱钠后的Na_0.5CrO₂不与有机溶剂发生反应，其热稳定性优于已经商业化的钴酸锂和磷酸铁锂。然而由于反复的相变及与电解液副反应的存在，这种材料的循环性能比较差，倍率性能也不理想。

利用离子掺杂改性NaCrO₂材料，从而提高NaCrO₂材料的性能是一种途径，然而目前NaCrO₂材料的合成与改性基本都是采用传统高温固相烧结法，此法有几大不足之处：一方面无法保证掺杂元素在材料内的均匀分布；另一方面无法保证掺杂元素与主体元素之间具有精确的化学计量比。且传统高温固相烧结法得到的材料也容易发生团聚，无法得到形貌均一的颗粒，从而不利于材料的动力学性能，循环性能和倍率性能也未能得到显著提升。此外，掺杂还会增加合成材料的难度，增加合成步骤。

因此，亟需提供一种新的掺杂改性钠离子电池正极材料，该掺杂改性钠离子电池正极材料具有良好的循环性能和倍率性能。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种掺杂改性钠离子电池正极材料及其制备方法，所述掺杂改性钠离子电池正极材料具有良好的循环性能和倍率性能。

本发明的发明构思为：以钠源、铬源、钛源和铝源为原料，采用喷雾热解法后速冷制备具有花团形貌的铝、钛双元素掺杂改性钠离子电池正极材料，掺杂改性钠离子电池正极材料的分子式为Na_1-a-bCr_1-a-bTi_aAl_bO₂，其中0a+b≤0.1(a、b均为正数)。通过喷雾热解法后速冷制备的掺杂改性钠离子电池正极材料可直接用于钠离子电池，采用本发明所述方法制得的掺杂改性钠离子电池正极材料具有良好的层状结构、倍率性能及优异的循环稳定性。

本发明的第一方面提供一种掺杂改性钠离子电池正极材料。