[发明专利]一种钠快离子导体作为包覆层的钠电正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种钠快离子导体作为包覆层的钠电正极材料及其制备方法与应用，所述钠快离子导体的化学式为：Nasubgt;4/subgt;MPsubgt;2/subgt;Osubgt;9/subgt;；其中，M为Ti或V；晶体结构为：POsubgt;4/subgt;四面体和MOsubgt;6/subgt;八面体共顶点连接成一维链状结构，Na离子分布在链与链之间，可在至少3个方向自由扩散。所述正极材料为核壳结构，包括内核和包覆层；所述内核的材质包括镍铁锰酸钠正极材料；所述包覆层相较于内核的质量占比为0.1‑0.3wt％。所述钠快离子导体丰富了钠离子的扩散路径，提升了钠离子含量和离子电导率，降低了其作为正极材料包覆层的阻抗，实现了钠离子电池的快速充放电和高温循环性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，涉及一种钠电正极材料，尤其涉及一种钠快离子导体作为包覆层的钠电正极材料及其制备方法与应用。

背景技术

钠离子电池因其成本优势有着广泛的应用前景，其工作原理与锂离子电池类似，利用钠离子在正负极之间可逆地嵌入脱出来实现能量的存储与释放。目前用于钠离子电池的正极材料主要有过渡金属氧化物体系、聚阴离子化合物(磷酸盐体系，氟磷酸盐体系与NASICON结构)及普鲁士蓝体系三大类。其中，具有高比容量的过渡金属氧化物正极材料引起了本领域技术人员的广泛关注和研究。但是这类材料随着充放电次数的增加，由于其表面较高的活性及较差的结构稳定性而造成的电化学性能衰减的问题也越来越严重。对此，采用表面包覆技术，在正极材料表面构筑保护屏障，能够避免活性物质与电解液直接接触而发生侵蚀，抑制过渡金属溶出，从而显著提高表面结构的稳定性。

钠快离子导体兼具高离子电导率和优异的热稳定性，包覆到正极材料表面后，可以显著改善材料的导电性，降低内阻，以提升钠离子电池的倍率性能和高温循环性能。目前所报道的钠快离子导体包覆材料有偏铝酸钠、铌酸钠、钛酸钠、硼酸钠、偏硼酸钠、锆酸钠、锂镧锆钠、锂镧钛钠、磷酸钛铝钠、磷酸锗铝钠等，其晶体结构多为三维框架结构或二维层状结构，钠离子扩散路径单一，离子电导率偏低，无法充分发挥正极材料的克容量和倍率性能。

CN 114709404A公开了一种NASICON磷酸钛钠包覆磷酸铁钠正极材料及其制备方法，所述制备方法包括磷酸钛钠前驱体浆料的制备、磷酸钛钠对磷酸铁钠的均匀包覆与前驱体的干燥和NASICON磷酸钛钠包覆磷酸铁钠正极材料的固相合成。然而，所述发明制得的NASICON型钠快离子导体的晶体结构为由TiO₆八面体和PO₄四面体顶角互相连接而形成的三维框架结构，存在钠离子含量低、钠离子扩散通道不够宽广和离子电导率偏低的问题，仍有较大的改进空间。

由此可见，如何提供一种钠快离子导体，进一步丰富钠离子的扩散路径，提升钠离子含量和离子电导率，降低其作为正极材料包覆层的阻抗，进而实现钠离子电池的快速充放电和高温循环性能，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钠快离子导体作为包覆层的钠电正极材料及其制备方法与应用，所述钠快离子导体丰富了钠离子的扩散路径，提升了钠离子含量和离子电导率，降低了其作为正极材料包覆层的阻抗，从而实现了钠离子电池的快速充放电和高温循环性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种钠快离子导体，所述钠快离子导体的化学式为：Na₄MP₂O₉；其中，M为Ti或V。

所述钠快离子导体的晶体结构为：PO₄四面体和MO₆八面体共顶点连接成一维链状结构，Na离子均匀分布在链与链之间，并可在至少3个方向自由扩散。