[发明专利]一种多相钠离子电池电极材料结构设计及性能调控技术

权利要求书

1.一种多相钠离子电池复合氧化物电极材料，其特征在于，为P2相、T1相、T2三相复合的电极材料，通式为A(P2)·B(T1)·(1-A-B)(T2)，0＜A＜1，0＜B＜1，0＜A+B＜1；P2相、T1相、T2相均为钠和其他金属的复合氧化物；

P2相为层状结构，为钠和金属M1的复合氧化物，M1为一种或几种金属，包括至少一种过渡金属，钠离子位于三棱柱中心位置，包含两种不同类型的占位，空间群P63/mmc；T1相：隧道型结构，具有三种钠离子占位，空间群C2/m；T2：隧道型结构，只有一种钠离子占位，空间群Pnma。

2.按照权利要求1所述的一种多相钠离子电池复合氧化物电极材料，其特征在于，M1按不同比例进行排列，形成了过渡金属层，每个M1离子与最近邻的氧离子形成八面体结构，周期性排列；钠离子位于过渡金属层与过渡金属层之间的三棱柱中心位置，有两个不同类型的占位，一个与上下过渡金属层形成的八面体共面，另一个与上下过渡金属层形成的八面体共边；

P2相选自Ti基复合氧化物[1-x]Na_αTiO₂·[x]Na_βAO₂，其中0.3≤ɑ≤0.8；0.3≤β≤0.8；0＜x＜0.5，A为Cr、Co、Ni、Mn、V、Fe、Zn和Cu中的一种或多种；

或选自Mn基复合氧化物Na_xA_yMn_1-yO₂，其中0.4x0.9，0.05y0.5，A为Li、Mg、Cu、Zn、Al、V和Fe其中的一种或多种。

3.按照权利要求1所述的一种多相钠离子电池复合氧化物电极材料，其特征在于，T1相中包含一种或多种过渡金属M2，过渡金属M2与邻近的六个氧原子配位形成八面体结构，八面体与八面体共角相连形成三维隧道型结构；该结构具有三种钠离子占位并全部位于隧道之中，其中有一种钠离子不能移动脱嵌。

4.按照权利要求1所述的一种多相钠离子电池复合氧化物电极材料，其特征在于，T2相中包含一种或多种过渡金属M3，过渡金属M3与邻近的六个氧原子配位形成八面体结构，八面体与八面体共角相连形成三维隧道型结构，该结构中只有一种钠离子占位。

5.权利要求1-4任一项所述的多相钠离子电池复合氧化物电极材料的制备方法，其特征在于，采用固相烧结法或溶胶-凝胶法；

固相烧结法分为一步烧结法或两步烧结法，其中一步烧结法包含如下步骤：

1)将钠离子的碳酸盐、P2相中除钠外的其他金属的氧化物和/或T1相除钠外的其他金属的氧化物和/或T2相除钠外的其他金属的氧化物按结构式中各金属元素对应的总摩尔比混合，研磨均匀后，在100-150℃下真空干燥，得前驱体；

2)将前驱体材料于650-1000℃下处理10-16h，研磨即得所述的多相复合材料；

两步烧结法烧结过程中可采用压片处理，包括如下步骤：

1)将钠离子的碳酸盐、P2相中除钠外的其他金属的氧化物和/或T1相除钠外的其他金属的氧化物和/或T2相除钠外的其他金属的氧化物按结构式中各金属元素对应的总摩尔比混合，研磨均匀后于100-150℃下真空干燥；

2)真空干燥好后，先于200-800℃下预处理2-10h，待冷却后，形成前驱体材料；

3)将前驱体材料从炉中取出，压成片状物，再于800-1000℃下处理2-16h，研磨即得多相复合材料；

采用溶胶-凝胶法的制备方法包括以下步骤：

将乙酸钠CH₃COONa(分析纯)、P2或/和T1或/和T2相中除钠、钛外其他金属的硝酸盐或带结晶水的硝酸盐按化学式中各金属元素总摩尔计量比逐渐溶于无水乙醇中，若采用Ti，Ti以钛酸四丁酯Ti(C₄H₉O)₄的形式加入，并加入适量柠檬酸以抑制水解，持续搅拌多个小时，形成前驱体凝胶；将所得前驱体凝胶转移到Al₂O₃坩埚中300-600℃保温3-7小时，得到预处理样品；再将预处理样品研磨成粉，将所得预处理粉末在800-1000℃下处理8-20h小时。