[发明专利]一种钠离子电池正极材料、制备方法以及一种钠离子电池

说明书

本发明涉及一种钠离子电池正极材料、制备方法以及一种钠离子电池，所述正极材料的分子结构式为Na_2/3Ni_1/3‑xM_xMn_2/3O₂，其中，0＜x＜1/3，M为Cu和/或Mg，所述正极材料为具有六角形和/或条形形貌的层状颗粒。本发明所提供的钠离子电池正极材料可有效抑制高电压下不利的P2‑O2两相转变，同时在深度充电状态下可以缓解出现钠/空位有序对的现象，避免正极材料发生严重的电压和容量衰减；由本发明提供的钠离子电池正极材料制备得到的钠离子电池容量高、循环寿命长且倍率性能优良。

技术领域

本发明属于电化学能源领域，涉及一种正极材料及其制备方法，尤其涉及一种钠离子电池正极材料、制备方法以及一种钠离子电池。

背景技术

随着化石燃料的日益减少以及化石燃料的使用所带来的环境污染问题的日益加重，开发清洁可再生的新能源势在必行。锂离子电池是一种绿色二次电池，随着锂离子电池的发展，金属锂的需求量不断增加但地壳中锂的含量有限，因此需要开发一种能够取代锂的新型电池材料。钠的性质与锂相近，且钠在地壳中的储量丰富，因此用钠取代锂做电池材料具有可行性。

目前钠离子电池正极材料包括以过渡金属氧化物为代表的层状材料、以磷酸盐为代表的聚阴离子材料以及普鲁士蓝类正极材料。其中，以磷酸盐为代表的聚阴离子材料中离子的扩散能力不足，极化严重，制备得到的电池的比容量低；普鲁士蓝类正极材料的电导率低且热稳定性差。因此，以过渡金属氧化物为代表的层状材料是作为正极材料的理想选择。根据钠离子在过渡金属层中占位方式不同(三棱柱位或八面体位)及单位晶胞中氧原子层堆叠方式的不同(ABBA和ABCABC)，层状过渡金属氧化物的热力学稳定相可分为P2(prismatic)型和O3(octahedral)型。其中，在O3型正极材料中，钠离子占据八面体位点且氧原子以ABCABC的方式堆叠，而P2型正极材料中钠离子占据三棱柱位点，氧原子以ABBA的方式进行排列。P2型正极材料相较于O3型正极材料，由于在过渡金属层间具有利于钠离子扩散的三棱柱开阔路径，在钠离子脱嵌过程中具有更好的结构稳定性。

CN 104934597 A公开了一种钠离子电池正极材料的制备及应用，该方法公开了一种正极材料，为Na_2/3A_1-xB_xO₂，其中A为过渡金属，B为掺杂金属且0＜x≤0.2。CN 104659347 A公开了一种钠离子电池三元金属氧化物正极材料及其制备方法，该正极材料的结构式为Na_0.7-xMn_1-y-zNi_yCo_zO₂，其中0<x<0.1,0.15<y<0.25,0.05<z<0.2,0.5<1-y-z<0.7。CN103985851 A公开了一种钠离子电池正极材料及包括该正极材料的钠离子电池，该正极材料包括导电添加剂和Na_3-xM₂LO₆，其中0<x<2，M为Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mg、V、Cr中的一种或几种，L为Sb、Te、Nb、Bi、P中的一种或几种。但上述正极材料在深度充电状态下会出现钠/空位有序对，使正极材料发生严重的电压和容量衰减。

因此，开发一种高放电比容量、长循环寿命及制备工艺简单的钠离子电池正极材料具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钠离子电池正极材料、制备方法以及一种钠离子电池，本发明所提供的钠离子电池正极材料可有效抑制高电压下不利的P2-O2两相转变，同时在深度充电状态下可以缓解出现钠/空位有序对的现象，避免正极材料发生严重的电压与容量衰减；且由本发明提供的钠离子电池正极材料制备得到的钠离子电池容量高、循环寿命长且倍率性能优良。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：