[发明专利]一种焦磷酸锰钠/碳的复合正极材料及其制备和应用

说明书

本发明属于钠离子电池正极材料领域，具体公开了一种焦磷酸锰钠/碳的复合正极材料，为焦磷酸锰钠与碳的混合材料，所述的焦磷酸锰钠的化学式为Na_6.24Mn_4.88(P₂O₇)₄。本发明还公开了所述的复合正极材料的制备方法和应用。本发明所述的Na_6.24Mn_4.88(P₂O₇)₄具有3.8V以上的高电压平台，并且其开放的三维通道结构有利于钠离子的扩散以及减小的晶格畸变，材料的倍率和循环性能优异。本发明制备方法简单，重复性高，成本低廉，具有极大的商业应用前景。

技术领域

本发明涉及钠离子电池正极材料领域，具体涉及一种焦磷酸锰钠复合正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量密度、高稳定性、长寿命等优势，已经迅速占据便携式电子产品(笔记本电脑，智能移动装备，平板电脑等)市场，并不断向电动交通工具领域渗入。但是，锂资源在地壳中储量低，并且地域分布不均，使得锂离子电池在大范围推广应用的过程中锂价不断攀升，导致锂离子电池价格居高不下。因此，锂离子电池在大规模储电领域的应用难以真正实现。钠离子电池由于钠资源蕴藏量丰富、环境友好，被认为是一种理想的大规模储电应用技术而得到世界的广泛关注。

过去的几十年时间里，科研工作者对钠离子电池的正极材料开展了广泛研究。在现有的正极材料体系中，聚阴离子型化合物体系被认为是最具有商业前景的钠离子电池正极材料体系。在聚阴离子型化合物体系中，焦磷酸盐体系材料由于具有开放的离子扩散通道，且材料结构稳定性及热稳定性高，引起世界广泛关注。Na₂MnP₂O₇具有比Na₂FeP₂O₇更高的电压和理论能量密度，被认为是一种极具应用前景的正极材料。然而，由于Na₂MnP₂O₇的本征电子电导率较低以及离子扩散能垒较高，因此其理论比容量即使在很低的放电电流下也难以达到，并且其循环性能以及倍率性能也极差。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明第一目的在于，提供一种焦磷酸锰钠/碳的复合正极材料，旨在提供一种具有高电压，高循环稳定性的复合正极材料。

本发明的另一目的在于提供一种重复性好、操作简单、环境友好、成本低廉，具有工业应用前景的钠离子电池用复合正极材料的制备方法。

本发明的另一目的在于将所制得的材料用于钠离子电池。

一种焦磷酸锰钠/碳的复合正极材料(本发明也简称复合正极材料)，为焦磷酸锰钠与碳的混合材料，所述的焦磷酸锰钠的化学式为Na_6.24Mn_4.88(P₂O₇)₄。与现有的锰基钠离子电池正极材料相比，本发明所述的Na_6.24Mn_4.88(P₂O₇)₄具有3.8V以上的高电压平台，并且其开放的三维通道结构有利于钠离子的扩散以及减小由于姜泰勒效应所引发的晶格畸变，因此材料的倍率和循环性能明显提升。

本发明所述的化学式的焦磷酸锰钠为非化学计量比的焦磷酸锰钠。

本发明所述的复合正极材料，其钠元素、锰元素、磷元素的摩尔比为6.24∶4.88∶8。

本发明所述的Na_6.24Mn_4.88(P₂O₇)₄的晶型为三斜晶系，空间群为P-1。