[发明专利]一种以模板法制备不同形貌P2-Na0.7CoO2材料的方法

说明书

本发明公开了一种以模板法制备不同形貌P2‑Na_0.7CoO₂的方法，属于材料、新能源技术领域。该方法采用三步模板法，具体步骤是：(1)合成多形貌碱式碳酸钴；(2)形成四氧化三钴模板；(3)与Na₂CO₃固相烧结制备钴酸钠P2‑Na_0.7CoO₂，可获得不同形貌(粒状、棒状及片状)钴酸钠材料。该方法使材料具有特殊的棒状、层状结构和较高的比表面积，能够有效缓解充放电循环过程中的体积膨胀和结构坍塌，进而提高比容量，改善循环性能。该方法原料成本廉价、工艺简易、易规模制备；所制备的不同形貌钴酸钠P2‑Na_0.7CoO₂钠离子电极材料具有高比容量，良好循环稳定性，在分布式固定电源领域极具潜在实用价值。

技术领域

本发明属于材料、新能源技术领域，具体涉及一种模板法制备的多形貌钴酸钠电极材料及其在钠离子电池中的应用。

背景技术

在全球能源市场中，来自太阳能、风能和其他能源的可再生电能的快速增长促进了低成本和高效储能系统的发展。随着锂离子电池从便携式电子产品扩展到电动汽车，锂元素资源的广泛应用和价格不断上涨引起了广泛的关注。因此，最近几年对锂离子电池替代品的研究一直倍受关注，锂空气电池和可充电钠离子电池等电池体系已被重新视为后锂离子电池技术的可能候选对象。其中，由于钠离子电池与锂离子电池具有相似的化学/电化学反应机理、低成本和丰富的钠资源，钠离子电池被认为是最理想的选择。

钠离子电池已经引起越来越多的关注，许多材料被作为钠离子电池的电极材料进行了探索。然而，由于钠离子比锂离子的尺寸更大，因此探索具有合适的稳定结构、可保持钠离子稳定可逆的嵌入和脱出的电极材料是更艰巨的挑战。对于作为下一代锂离子电池的开发，商用钠离子电池的开发也受限于缺乏合适的正极材料。

在潜在的正极材料中，磷酸盐、亚铁氰化物和层状金属氧化物已经被深入研究，但是它们的总体性能对于钠离子电池的实际使用仍达不到要求。由于层状金属氧化物具有丰富的族系和各种电化学活性元素，被认为是一类用于钠离子电池最有前景的正极材料。其中层状金属氧化物可分为两大类：O3和P2型结构，钠离子倾向位于八面体和棱柱形位置。O3型氧化物具有可逆的钠离子嵌入/脱出的稳定结构，但可逆容量不超过120mAh/g。虽然P2型氧化物可以提供更高的容量，但由于电化学反应期间的多相转变，循环稳定性差。到目前为止，层状金属氧化物的研究主要集中在活性金属中心、比例的调整、反应机理的确定以及结构分析上。然而，极少关注钠离子电池正极材料电化学性能的形态学效应。众所周知，具有规则形貌和微观尺寸正极材料的钠离子电池拥有高电容、长可循环性和高能量密度。

其中过渡金属氧化物钴酸钠NaCo_xO_y是钠离子电池正极材料的研究热点之一，其具有类似于现已工业化锂离子电池正极材料LiCoO₂的生产条件，可能最先实现钠离子电池的商品化。但是，目前过渡金属氧化物钴酸钠NaCo_xO_y材料面临着储钠容量低、稳定性差和倍率性能差等缺点，这些因素阻止了钴酸钠材料的进一步大规模应用。

为解决上述存在的问题，存在相关专利如下：