[发明专利]一种O3型钠离子电池正极材料、其制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种O3型钠离子电池层状正极材料及其制备方法和应用，具体涉及钠离子电池正极材料NaNi_1/3Co_1/3Mn_1/6Ti_1/6O₂及其制备方法。

背景技术

近年来，化石能源匮乏问题的日益凸现和利用化石能源带来的环境污染等二次问题的日趋严重，使得对于清洁可持续的二次能源的开发成为各科研机构的研究重点。

锂离子电池作为一类绿色环保的可再生资源，其具有容量大，能量密度高等优点，但是由于锂源的储量有限且在世界各地的分布不均匀，锂离子电池相关材料的价格也随着锂离子电池的发展而不断攀升，这将大大限制了锂离子电池作为大型能量存储设备的应用。

作为元素周期表中与锂处于同一主族相邻周期的钠，其在理化性质上与锂具有很多类似的地方，且其来源广泛，储量丰富，以钠为原料的二次电池在成本上具有极大的优势。

钠离子电池正极材料中，层状氧化物具有比容量高、循环稳定性好等优势，是一类具有发展潜力的正极材料。Prakash等人《材料化学》(Chem.Mater.)2012,24,1846-1853)制备了NaNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂材料并应用于钠离子电池中，但是该材料的倍率性能较差，难以适应快充电池的需要。

为适应现下快充电池市场的需求，亟需发展具有优异倍率性能的钠离子电池正极材料。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有钠离子电池正极材料倍率性能较差的问题，提供一种钠离子电池正极材料NaNi_1/3Co_1/3Mn_1/6Ti_1/6O₂及其制备方法、钠离子电池。本发明提供的钠离子电池正极材料NaNi_1/3Co_1/3Mn_1/6Ti_1/6O₂的制备方法简单易行，易于工业化放大，合成材料一致性好，具有优异的倍率性能，和较好的循环稳定型，有利于快充钠离子电池开发。

为了达到上述目的，本发明提供了一种O3型钠离子电池正极材料，该正极材料的结构通式为NaNi_1/3Co_1/3Mn_1/6Ti_1/6O₂。

较佳地，所述正极材料的粒径为5-10um。

较佳地，所述正极材料呈层状O3结构，过渡金属与氧结合成MO6正八面体层，钠离子占据正八面体中心位于层间，所述的过渡金属是指Ni、Co、Mn、Ti。

本发明还提供了一种上述的O3型钠离子电池正极材料的制备方法，该制备方法为高温固相法：将原料按所述正极材料的化学计量比混合，混合均匀后压片，升温至800-1000℃(优选如，900℃)，保持温度一段时间(优选如6-15h)，降温，得所述正极材料，所述的原料是指含Ni金属氧化物、含Co金属氧化物、含Mn金属氧化物、含Ti金属氧化物和钠源。

较佳地，所述的含Ni金属氧化物为NiO，所述的含Co金属氧化物为Co₂O₃，所述的含Mn金属氧化物为MnO₂，所述的含Ti金属氧化物为TiO₂。

较佳地，所述的钠源为无水碳酸钠。

较佳地，所述混合的方法是指：将原料加入到球磨容器中，加入原料总质量40％的乙醇，以350r/min的球磨速率球磨12小时，然后，用250r/min的球磨速率球磨2小时。

较佳地，所述的压片方法是指采用磨具通过油压泵将粉末压成5mm厚度、14mm直径的圆片。

较佳地，升温的速率为5℃/min，焙烧气氛为空气氛，焙烧时间为12小时。

本发明还提供了一种根据上述的O3型钠离子电池正极材料用于钠离子电池的用途。