[发明专利]钠层状金属氧化物及其制备方法、二次电池和用电装置

说明书

本申请公开了一种钠层状金属氧化物及其制备方法、二次电池和用电装置。钠层状金属氧化物化学通式为Nasubgt;1‑x/subgt;Asubgt;x/subgt;Csubgt;y/subgt;Msubgt;1‑y/subgt;Osubgt;2/subgt;；其中，M包含过渡金属元素；A包含IIA族元素、V族金属元素、VIA族金属元素和IIIB族元素中的至少一种，A的离子半径大于M的离子半径；C包含第三周期金属元素、第四周期金属元素和第五周期金属元素中的至少一种，C的化合价小于或等于M的化合价；x=0.001~0.150，y=0.001~0.500。通过对钠层状金属氧化物掺入A和C，可以使其在脱钠状态时不易发生层滑移，不易产生相变，因而具有很好稳定性，可提升循环性能和使用寿命。

技术领域

本申请属于电池材料技术领域，具体涉及一种钠层状金属氧化物及其制备方法、二次电池和用电装置。

背景技术

钠离子电池具有钠的地球储量丰富、成本低廉及其独有的电池安全特性等优势，成为规模化储能系统的重要候选者。钠层状金属氧化物可用NaMO₂表示，其中M为过渡金属元素，钠层状金属氧化物具有比容量高、压实密度高、电压范围可调等特点，可以用作钠离子电池的正极材料。

然而，钠层状金属氧化物具有结构不稳定的缺陷，钠离子电池在循环充放电过程中，作为正极材料的钠层状金属氧化物容易相变，从而影响其循环寿命。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供一种钠层状金属氧化物及其制备方法、二次电池和用电装置，旨在解决钠层状金属氧化物结构不稳定的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种钠层状金属氧化物，钠层状金属氧化物的化学通式为：Na_1-xA_xC_yM_1-yO₂；其中，

M包含过渡金属元素；

A包含IIA族元素、V族金属元素、VIA族金属元素和IIIB族元素中的至少一种，A的离子半径大于M的离子半径；

C包含第三周期金属元素、第四周期金属元素和第五周期金属元素中的至少一种，C的化合价小于或等于M的化合价；

x=0.001~0.150，y=0.001~0.500。

通过对钠层状金属氧化物的掺入特有A元素种类和C元素种类，因A的离子半径大于过渡金属M且化合价大于钠离子的特点，这样高价元素A与氧原子之间的强库伦作用可以使钠层状金属氧化物在脱钠状态时不易发生层滑移现象，不易产生相变，从而起到支持层状结构的作用，而比过渡金属M化合价低的元素C可以很好地平衡价态，减少因局部价态变化引起的晶格应力增加的现象；因此，本申请实施例提供的掺入A元素种类和C元素种类的钠层状金属氧化物具有很好的稳定性，可以提升其循环性能和使用寿命。

在一实施例中，A为钠位点的掺杂元素，C为M的掺杂元素。

通过钠位点进行A掺杂、M位点的C掺杂，从而形成稳定的双位点掺杂的钠层状金属氧化物。

在一些实施例中，A的化合价为+2~+4。

钠层状金属氧化物中化合价为+2~+4的A掺杂后，相对+1的钠离子，掺杂元素A与氧原子之间的强库伦作用使在脱钠状态时更不易发生层滑移现象，起到很好的结构柱作用，从而可以提高钠层状金属氧化物的晶体结构稳定性。

在一些实施例中，A中的IIA族元素包括钙、锶和钡中的至少一种，V族金属元素包括锑和铋中的至少一种，VIA族金属元素包括碲，IIIB族元素包括钇、铈、镧中的至少一种；或者，A包含钙元素。