[发明专利]钴掺杂α-NaFeO2

说明书

本发明公开了一种钴掺杂α‑NaFeO₂@rGO复合材料及其制备方法和应用，其中以钴掺杂α‑NaFeO₂为载体，负载还原氧化石墨烯。由于的钴元素的存在不仅能提高材料的导电性，从而达到有效的提高离子的传导效应，而且钴元素本身也可进行氧化还原提升材料的能量密度。将rGO和钴元素进行掺杂，能有效抑制充放电过程中的体积效应，并且还能大幅度提高其倍率性能和循环性能。本申请的复合材料不仅能有效提高电池的倍率性能和循环性能，而且前期还能有效抑制电池在充放电过程中的体积膨胀，减弱容量衰减的速率，提高库仑效应。

技术领域

本发明涉及钠离子电池正极材料技术领域，具体而言，涉及钴掺杂α-NaFeO₂@rGO复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前，化石燃料仍然是人类普遍使用的能源，但其存在形成周期长、不可再生，同时会造成环境污染等社会问题，因此发展新型的绿色清洁能源成为日渐所趋，其中，可再生能源大多数因其地域性和间歇性的特点，限制了其在生产生活中的应用，而新兴的电化学储能技术具有简便、高效等特点逐渐脱颖而出。

锂离子电池作为绿色环保的储能器件，因具有能量密度高、循环寿命长、安全无污染等优点，在电子市场、新能源汽车等领域得到了广泛应用，然而，随着市场对锂离子电池的需求不断增大，锂资源短缺和价格上涨等问题严重限制了其发展。在此背景下，由于钠离子和锂离子具有相似的物理化学性质，而且钠资源丰富、价格低廉，成为最具有潜力取锂离子电池的新型储能体系之一，但是钠离子的离子半径大且动力学速率较慢，会限制钠离子在电极材料中的可逆脱嵌，进而影响电池的电化学性能。

层状钠过渡金属氧化物--NaMO₂(M＝Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)由于具有较高的体积和能量密度，被认为是一种有前途的可充电钠离子电池正极材料。此外，与Li类似物相比，由于更大的Na离子半径和多个叠层序列，NaMO₂材料表现出更多的过渡金属氧化还原。其中α-NaFeO₂因其无毒、低成本特点而被认为是一种很有前途的正极材料。然而，当α-NaFeO₂有超过40％的Na⁺脱出，材料结构会发生不可逆变化，从而导致容量快速衰减，且随着充放电过程的推进，由FeO₆八面体组成的α-NaFeO₂转变成由FeO₄四面体组成的β-NaFeO₂，电化学容量不断降低，循环稳定性逐渐变差。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供钴掺杂α-NaFeO₂@rGO复合材料及其制备方法和应用。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种钴掺杂α-NaFeO₂@rGO复合材料，以钴掺杂α-NaFeO₂为载体，负载还原氧化石墨烯。

在可选的实施方式中，所述载体中钴元素的质量百分比为0.5％～70％。

第二方面，本发明提供一种前述实施方式所述的复合材料的制备方法，包括如下步骤：

负载处理：将载体前驱体粉末、氧化石墨烯溶液和有机溶剂进行分散处理，得到混合有机溶液，接着进行溶剂热反应，得到钴掺杂α-NaFeO₂@rGO；

优选地，所述载体前驱体粉末与所述氧化石墨烯的质量比为1：(3～20)。

在可选的实施方式中，在所述负载处理步骤之前还包括：

载体前驱体粉末制备：将钠源、铁源和钴盐在溶液中溶解后去除水分，得到载体前驱体粉末。

在可选的实施方式中，所述载体前驱体粉末制备步骤满足以下①-③中的至少一项：