[发明专利]铜锰基层状氧化物材料及制备方法、正极及钠离子电池

说明书

本发明提供一种铜锰基层状氧化物材料及制备方法、正极及钠离子电池，铜锰基层状氧化物材料的分子通式为Nasubgt;x/subgt;Msubgt;y/subgt;Cusubgt;a/subgt;Mnsubgt;0.7/subgt;Osubgt;2+α/subgt;，其中M为碱金属和碱土金属元素中的一种或多种，所述0.75≤x≤1，0y≤0.3，0a≤0.3，且‑0.02≤α≤0.02，所述铜锰基层状氧化物材料的空间群为R3m。根据本发明实施例的铜锰基层状氧化物材料为P3相(即空间群为R3m)，相对于O3相，在空气中稳定，倍率性能优；相对于P2相而言引入更多的Na。应用本发明的铜锰基层状氧化物材料的钠离子二次电池，依靠碱金属或碱土金属的高活性，二价到三价铜转变，三点五价到四价锰的变价能够实现比较高的首周充电容量，优异循环性能。

技术领域

本发明涉及钠离子电池技术领域，具体涉及一种铜锰基层状氧化物材料及制备方法、正极及钠离子电池。

背景技术

由于碳酸锂的价格大幅上涨，钠离子电池成为各企业研究的热点。目前已有大量的文献报道钠离子电池的电极材料，其中正极材料主要包括层状氧化物、隧道型氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝/白等；也已有多家企业针对上述四类正极材料进行了材料开发。

其中，层状氧化物正极材料以其合成工艺简单、能量密度高等优点获得了较多的关注，P2相(Na配位环境为三棱柱，氧层堆叠顺序为2，空间群为p63/mmc或p63/mcm)的NaTMO2和O3相(Na配位环境为八面体，氧层堆叠顺序为3，空间群为)的NaTMO2是目前研究最多的材料。其中，O3相的钠含量高，首周充电容量高，但其电化学循环性能差，而且对于空气和水敏感，应用起来有一定难度；P2相由于钠离子所处的空间较大，在电化学循环过程中稳定性好，钠离子的脱嵌比较快，但是大部分P2相材料在空气中不稳定且由于钠含量比较低，其首周充电容量一般较低。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种P3相(Na配位环境为三棱柱，氧层堆叠顺序为3，空间群为R3m)的铜锰基层状氧化物材料及其制备方法、正极以及钠离子电池，旨在改善材料的空气稳定性、首周充电容量、循环性能和倍率性能。

本发明第一方面提供一种铜锰基层状氧化物材料。

本发明第二方面提供铜锰基层状氧化物材料的制备方法。

本发明第三方面提供一种用于钠离子电池的正极。

本发明第四方面提供一种钠离子电池。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明第一方面实施例的铜锰基层状氧化物材料，用于钠离子电池，其特征在于，所述铜锰基层状氧化物材料的分子通式为Na_xM_yCu_aMn_0.7O_2+α，其中M为碱金属和碱土金属元素中的一种或多种，所述0.75≤x≤1，0y≤0.3，0a≤0.3，且-0.02≤α≤0.02，所述铜锰基层状氧化物材料的空间群为R3m。

进一步地，其中M为选自钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶、钡中的任意一种或多种。

进一步地，y+a＝0.3。

根据本发明第二方面实施例的铜锰基层状氧化物材料的制备方法，包括如下步骤：

S1，按比例称取钠源、铜源、锰源、以及M金属源，其中，所述M金属源中的M为碱金属和碱土金属元素中的一种或多种；

S2，将所述钠源、铜源、锰源、以及M金属源充分混合，得到前驱体粉体；

S3，将所述前驱体粉体进行烧结，烧结温度为550-850℃，烧结时间为10-15h，得到铜锰基层状氧化物材料。

进一步地，所述步骤S1中，