[发明专利]作为钠离子电池用阴极材料的钠层状氧化物

说明书

本发明涉及具有式(1)：Na_x[Mn_aNi_bCo_c]O_2+y的钠和过渡金属的混合氧化物，其中：0.5≤x≤0.9，‑0.1≤y≤0.1，a+b+c＝1，4a+2b+3c＝4‑x+2y，0＜c≤0.5。本发明还涉及用于制备这样的混合氧化物的方法，包含这样的混合氧化物的正极以及包含这样的正极的钠离子二次电池。

发明领域

本发明涉及钠和过渡金属的混合氧化物，特别是具有锰(Mn)、镍(Ni)和钴(Co)以及钠(Na)的混合氧化物组合物。该钠和过渡金属的混合氧化物可用作正极活性材料，特别是用作钠电池中的正极活性材料。

发明的技术背景

钠离子电池特别对于未来混合动力车和电动车而言是有利的候选，因为除了对于锂离子电池可得到的那些之外，还有钠的低材料价格和高能量密度。鉴于其高容量和离子扩散性，钠层状氧化物(Na_xMO₂，M：过渡金属)可被用作正极用材料，导致高能量和高功率的电池。

JP-2002-220231公开了一种用于锂离子二次电池的具有均匀组成和单晶的层状钠-钴-锰氧化物。该氧化物具有式Na_xCo_yMn_1-yO₂(0.6≤x≤0.8，0.4≤y≤0.6)。所制备的材料不包含Ni(镍)。

WO2014/132174公开了一种具有式Na_xMO₂的钠离子电池用掺杂钠锰阴极材料，其中M＝Mn_1-y-zLi_yA_z，0.66≤x≤0.95，y＜0.33，z＜0.2，A＝Ti、Fe、Ni、Mg、Co。研究了许多Na-Li-Mn多阳离子组合物。

US2012/0183837公开了一种适合用作钠电化学电池或蓄电池中的阴极的材料，电极包含式Na_cLi_dNi_eMn_fM_zO_b的层状材料，其中M包含一种或多种金属阳离子，0.24≤c/b≤0.5，0＜d/b≤0.23，0≤e/b≤0.45，0≤f/b≤0.45，0≤z/b≤0.45时，金属成分(即Na_cLi_dNi_eMn_fM_z)的综合(combined)平均氧化态在约3.9至5.2的范围内，且b等于(c+d+Ve+Xf+Yz)/2，其中V是材料中的Ni的平均氧化态，X是材料中的Mn的平均氧化态，Y是材料中的M的平均氧化态。

JP-2012-250895公开了一种适合用作钠二次电池用电极活性物质的具有层状晶体结构的含钠复合金属氧化物。用于制造无机材料的方法包括：通过电化学处理将由Li_aA_bM_cO_d表示的含锂复合金属氧化物的至少一部分转化成具有层状晶体结构的含钠复合金属氧化物，其中a是选自Na和K的至少一种元素；M是至少一种过渡金属元素；0＜a≤1.5，0≤b＜1.5，0＜c≤3，0＜d≤6且0＜a+b≤1.5。

对于提供能实现优异且耐久的电化学性质(诸如高的可循环性)的钠电池用复合金属氧化物，本领域存在持续需求。

发明内容

在一个方面，本发明涉及一种具有式(1)的钠和过渡金属的混合氧化物：

Na_x[Mn_aNi_bCo_c]O_2+y (1)

其中：

0.5≤x≤0.9

-0.1≤y≤0.1