[发明专利]一种O3型钠离子电池层状正极材料、其制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种O3型钠离子电池层状正极材料、其制备方法及用途，该正极材料的组成为NaNi_1/2Co_1/6Mn_3/8O₂。其制备方法为高温固相法，包含以下步骤：将金属氧化物和钠源按化学计量比混合，混合均匀后压片，再程序升温至所需温度，保持温度一段时间降温后即得所述正极材料，所述的金属氧化物分别为NiO、Co₂O₃、MnO₂。本发明的O3型钠离子电池层状正极材料合成方法简单，易于放大化应用；材料性质稳定，粒径均一，具有优异的循环性能，有作为大型储能用的钠离子电池具有极大的潜力，应用前景良好。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种O3型钠离子电池正极材料NaNi_1/2Co_1/6Mn_3/8O₂、其制备方法及用途。

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。

钠与锂属于同一主族，具有相似的理化性质，电池充放电原理基本一致。充电时，Na⁺从正极材料(以NaMnO₂为例)中脱出，经过电解液嵌入负极材料(以硬碳为例)，同时电子通过外电路转移到负极，保持电荷平衡；放电时则相反。与锂离子电池相比，钠离子电池具有以下特点：钠资源丰富，约占地壳元素储量的2.64%，而且价格低廉，分布广泛。可见，以钠为原料的二次电池在成本上具有极大的优势。而且，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。

从大规模储能的应用需求来看，理想的二次电池除具有适宜的电化学性能外，还必须兼顾资源丰富、价格廉价等社会经济效益指标。最近，二次电池在对能量密度和体积要求不高的智能电网和可再生能源等大规模储能的应用，使得钠离子电池再次得到人们密切关注。

然而，钠离子质量较重且半径(0.102nm)比锂(0.069nm)大，这会导致Na⁺在电极材料中脱嵌缓慢，影响电池的循环和倍率性能。同时，Na⁺/Na电对的标准电极电位(-2.71VvsSHE)比Li+/Li高约0.3V(-3.04VvsSHE)，因此，对于常规的电极材料来说，钠离子电池的能量密度低于锂离子电池。

发明内容

本发明的目的是，克服现有钠离子电池正极材料循环性能较差的问题，提供了一种O3型钠离子电池正极材料及其制备方法。该O3型钠离子电池正极材料的制备方法简单易行，易于工业化放大，合成材料一致性好，具有优异的循环性能。有利于长寿命钠离子电池开发。

为了达到上述目的，本发明提供了一种新型的O3型钠离子电池正极材料，该正极材料组成为NaNi_1/2Co_1/6Mn_3/8O₂。

较佳地，所述正极材料的粒径为1-5um。

本发明还提供了一种根据上述的O3型钠离子电池层状正极材料的制备方法，该方法为高温固相法，包含以下步骤：将金属氧化物和钠源按化学计量比混合，混合均匀后压片，再程序升温至所需温度，保持温度一段时间，降温后即得所述正极材料，所述的金属氧化物分别为NiO、Co₂O₃、MnO₂。

较佳地，所述的钠源为无水碳酸钠。