[发明专利]一种非金属硼掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种非金属硼掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料及其制备方法和应用，其化学式为NaNi_0.5Mn_0.5B_xO₂(0≤x0.1)。本发明提供的正极材料具有长的循环稳定性、优异的倍率性能和较低的成本价格，是很具有发展前景的钠离子电池正极材料；另外，本发明提供的正极材料在经过硼掺杂之后成功诱导成为O3/P2两相复合结构，通过两相的相互作用获得了更优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种具有优异电化学性能的非金属硼掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业革命的不断进行，对化石能源的消耗也越来越大，但是由于有限的化石能源储量，如果不断的进行开采使用可能终将一天会造成能源的枯竭，在这种严峻的情况下对可持续能源的探索显得尤为重要。在持续的研究过程中，风能、水能，潮汐能等可再生能源逐渐受到了科学界广泛的关注，鉴于其虽具有清洁无污染等特点，但是受限于能源的地区性和间歇性等不足之处，很难获得大规模发展应用，于是需要探索研发更可持续的、高效的、便携式的能源存储系统。锂离子电池由于高的电化学容量和长的循环稳定性受到了广泛的关注，并在持续不断的探索研究之中成功实现了锂离子电池的商业化应用。然而，较低的锂资源储量和高的锂的价格限制了锂离子电池的长远发展，需要探索更合适的能源储存装置，于是在这种情况下同主族的钠离子电池由于其广泛的钠资源储量和与锂相似的物理化学性质，被认为最有希望替代锂离子电池。然而，由于较大的钠离子半径使其在电化学循环过程中易导致结构的崩塌，需要寻找更合适的正极电极材料应用其中。其中层状过渡金属氧化物材料由于较高的工作电压和电化学容量等特点而被认为很有发展前景，但是循环过程中复杂的相转变过程限制了其快速发展的脚步，因此需要更合适的方法进行相关改性以求获得更高性能的电池正极材料。

发明内容

鉴于以上情况，本发明所要解决的技术问题在于提供一种非金属硼掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料及其制备方法，本发明提供的正极材料具有循环稳定性好、倍率性能高等特点，且制备过程简单、产率高。

本发明为实现目的，采用如下技术方案：

本发明首先公开了一种非金属硼掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料，其化学式为NaNi_0.5Mn_0.5B_xO₂，其中0≤x0.1。

所述非金属硼掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料可采用溶胶凝胶法制备获得，或采用固相合成法制备获得。

采用溶胶凝胶法制备非金属硼掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的步骤为：

步骤11、将钠源化合物、镍源化合物、锰源化合物、硼源化合物按照摩尔比溶解于去离子水中，并加入螯合剂，搅拌至混合均匀，然后在恒温油浴中加热挥发溶剂，获得前驱体；

步骤12、将所述前驱体干燥后进行研磨，获得前驱体粉末；

步骤13、将所述前驱体粉末进行两步煅烧，即获得非金属硼掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料NaNi_0.5Mn_0.5B_xO₂。

采用固相合成法制备非金属硼掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的步骤为：

步骤21、将钠源化合物、镍源化合物、锰源化合物、硼源化合物按照摩尔比置于研钵中，研磨至充分混合，得到混合物粉末；

步骤22、将所述混合物粉末使用压片机进行压片，使样品间接触更加紧实，获得前驱体样品；