[发明专利]一种钛锰双金属磷酸钠@碳复合材料及其制备和在钠离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种Na₃Mn_1‑2xTi_1+x(PO₄)₃@碳复合材料及其制备方法和应用，该材料为钠的快离子导体结构，其表面原位包覆有一层碳层。制备方法如下：将钠源、锰源和磷源溶于去离子水中，得到溶液A；将钛源溶于冰醋酸中，得到溶液B；将溶液A逐滴加入到溶液B中，得到混合溶液C；将C水浴加热、干燥后热处理，即得到目标产物。其用作钠离子电池正极表现出3.5V和4.1V两个高电压平台，且“Na‑Mn‑Ti‑P‑O”体系资源丰富，成本低廉，且该制备方法操作简单，商业应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池正极材料，具体涉及一种高电压，钠的快离子导体型正极材料，以及该材料作为钠离子电池的应用，属于钠离子电池领域。

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引起锂价不断攀升，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受到限制。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电正极材料体系。在聚阴离子型化合物体系中，钠的快离子导体型正极材料具有较好的结构稳定性、热稳定性等优势而得到成为研究的热点。此外，其三维离子通道有利于快速导钠，因此此类正极材料往往表现出出色的大倍率性能。钠的快离子导体材料中，以磷酸钒钠(Na₃V₂(PO₄)₃)的研究最为火热。Na₃V₂(PO₄)₃电压平台仅为3.3～3.4V，导致能量密度较低，且金属钒价格昂贵，钒源剧毒，不利于大规模产业化应用。因此，开发具有高电压，低价格，无毒性的快离子导体型正极材料成为推动钠离子电池商业化应用的关键。

发明内容

针对现有钠离子电池正极材料存在的不足，本发明的提供了一种高电压，高能量密度，稳定性好的钠的快离子导体型正极材料(本发明也称为钛锰双金属磷酸钠@碳复合材料，Na₃Mn_1-2xTi_1+x(PO₄)₃@C复合材料或者简称为复合材料)。

本发明的另一个目的是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制备高电压钠离子电池正极材料Na₃Mn_1-2xTi_1+x(PO₄)₃@C复合材料的方法。

本发明第三目的在于，提供一种钛锰双金属磷酸钠@碳复合材料在钠离子电池中的应用。

本发明第四目的在于，提供了一种包含钛锰双金属磷酸钠@碳复合材料的正极。

本发明第五目的在于，提供一种组装有本发明创新性正极的钠离子电池。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种钛锰双金属磷酸钠@碳复合材料，包括核以及包覆在核上的碳材料，所述核的材料为钛锰双金属磷酸钠，其化学式为Na₃Mn_1-2xTi_1+x(PO₄)₃；x＝-0.1～0.1且x≠0)。