[发明专利]一种球形多孔钠离子电池材料及其制备方法

说明书

一种球形多孔钠离子电池材料及其制备方法，电池材料的化学式为Na_0.67Fe_0.23‑xCu_xMn_0.77O₂，其中0x≤0.2；该电池材料为球形多孔颗粒，其制备方法包括：S1将三价铁盐、二价铜盐和二价锰盐的盐溶液与甘油混合进行水热反应，经洗涤干燥得到含铁铜锰的碳酸盐前驱体；S2将铁铜锰的碳酸盐前驱体进行预烧，得到三元铁铜锰氧化物；S3将三元铁铜锰氧化物与碳酸钠混合煅烧，得到所述钠离子电池材料。本发明制备出的钠离子电池正极材料纯度高，比容量高，制备工艺简单，生产效率高，适于规模化生产推广。

技术领域

本发明涉及能源材料技术领域，具体涉及一种球形多孔钠离子电池材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为高能量密度储能电池体系的代表，在便携式电子设备和 电动汽车等领域得到了广泛应用，然而，由于锂的储量低、资源分布不均、材料价格逐年攀升，一定程度上制约了其规模化应用。

在元素周期表中，钠元素与锂元素处于同一主族，物理化学性质非常相似。钠离子电池具有和锂离子电池相似的工作原理，不同之处在于充放电过程中脱嵌的是钠离子。与锂资源相比，钠在地壳中储量更丰富且全球分布广泛、提炼简单，成本更低，因此钠离子电池大规模商用后，会具有较大的成本优势。此外，相较于锂离子，钠离子溶剂化能更低，界面离子扩散能力更好；斯托克斯直径更小，相同浓度的电解液中离子电导率也比锂离子更高。同时钠离子电池高低温性能更优异，由于内阻稍高，因此短路情况下的发热量更低，安全性更高，使得钠离子电池成为锂离子电池最有前景的替代之一。有鉴于此，推动钠离子电池的发展和实现高比能钠离子电池的应用成为重点研究方向。

目前研究的钠离子电池正极材料主要集中在晶态材料，包括过渡金属层状和隧道状氧化物Na_xMO₂ (M=Mn, Co, Fe, Ni等)、聚阴离子类化合物Na₃V₂(PO₄)₃等、普鲁士蓝类化合物Na₂Fe (CN)₆等，部分非晶态材料集中在玻璃态Fe-PO₄，V₂O₅-P₂O₅体系玻璃。其中，层状材料因其结构稳定、适合脱嵌而得到广泛研究。

专利CN105161703A介绍了一种用于钠离子电池的五元层状氧化物正极材料及其制备方法。其采用按比例称量的碳酸钠、氧化镍、氧化钴、氧化铁、氧化钛及氧化锰，混合后压片，置于氧气及空气气氛下煅烧即可得到单相的五元层状氧化物。此方法存在的问题是：可控性较差，不利于规模化生产。

专利CN112456567A介绍了一种包覆结构钠离子电池正极材料的制备方法。采用金属盐溶于易挥发溶剂中制成悬浮液后加入正极材料前驱体，混合均匀后干燥、煅烧，即可得到包覆结构的钠离子电池材料。此方法制备的材料稳定性较好，但存在的问题是：所用易挥发溶剂（丙酮，N-甲基吡咯烷酮）具有危险性，且对环境具有一定的危害性，不利于可持续发展。

因此，开发一种工艺稳定简单，材料温和的钠离子电池正极材料制备方法对本领域具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种球形多孔钠离子电池材料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明于材料层面采用的技术方案是：

一种球形多孔钠离子电池材料，其化学式为Na_0.67Fe_0.23-xCu_xMn_0.77O₂，其中0x≤0.2；所述钠离子电池材料为球形多孔颗粒，并具有层状结构。

为达到上述目的，本发明于方法层面采用的技术方案是：