[发明专利]一种功率型钠离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属电化学技术领域，具体涉及可用钠离子电池的正极活性材料及其制备方法。

背景技术

能源问题一直备受社会关注，作为新兴的电储能装置，锂离子电池近年来飞速发展，从移动电子设备到电动汽车，人们的需求日益增加。但是，锂源储量贫瘠直接制约着锂离子电池发展，尤其是大规模储电，急需研发新的二次电池体系。钠与锂具有相似的原子结构和化学性质，而且全球钠元素的储量极其丰富，钠离子电池受到研究者的广泛关注。但是目前钠离子电池正极材料远远无法满足钠离子电池商业化发展的需求，因此寻找新的钠离子电池正极材料变得非常迫切。

本发明利用固相合成法制备了新型层状钠离子电池正极材料Na_0.66Mn_0.6Ni_0.4-xMg_xO₂（0＜x≤0.4），是一类具有P2结构的新型层状正极材料，是具有较高充放电容量和良好循环性能的钠离子电池正极材料。

发明内容

本发明的目的在于提出一种性能良好的用于钠离子电池的层状正极材料及其制备方法。

本发明提出的用于功率型钠离子电池正极材料，是锰镍镁三元层状金属氧化物，其化学式为Na_0.66Mn_0.6Ni_0.4-xMg_xO₂（0＜x≤0.4，优选0＜x＜0.4，下同）的层状材料，组成金属氧化物的锰镍镁的元素比例符合0.6:0.4-x:x。经研究表明，此类正极材料具有良好的电化学性能，快速充放电性能良好，可作为高性能钠离子电池的正极材料。到目前为止还没有关于此类钠离子电池正极材料及其制备的报道。

本发明提出的Na_0.66Mn_0.6Ni_0.4-xMg_xO₂（0＜x≤0.4）正极材料为粉末形式，其一次颗粒尺寸在2~5 μm。

本发明提出的Na_0.66Mn_0.6Ni_0.4-xMg_xO₂（0＜x≤0.4）正极材料的制备方法，采用固相合成法，具体步骤如下：

将Na₂CO₃、C₄H₆O₄Ni 4H₂O、Mn₂O₃和MgO按照Na_0.66Mn_0.6Ni_0.4-xMg_xO₂（0＜x≤0.4）的化学计量比混合，研磨后，用球磨机球磨10~20 h，将球磨后的混合物置入管式炉中，在800~1100 ℃保持10~20h，冷却到室温，即获得所需正极材料。

本发明中，Na_0.66Mn_0.6Ni_0.4-xMg_xO₂（0＜x≤0.4）晶体结构和物相由X射线衍射（XRD）确定。衍射结果表明该方法制备的Na_0.66Mn_0.6Ni_0.4-xMg_xO₂（0＜x≤0.4）样品是单一纯相，属于六方晶系，空间群为P6₃/mmc，属于P2结构层状材料。

本发明中，将Na_0.66Mn_0.6Ni_0.4-xMg_xO₂（0＜x≤0.4）材料涂覆在铝箔上，制成电极，作为钠离子电池的正极。将70%的样品，20%导电炭黑均匀分散到10%PVDF的NMP溶液里。均匀涂覆在铝箔上，经过干燥后，冲成直径为14 mm的圆形电极片。