[发明专利]一种氟化磷酸锆锰钠/碳复合材料、正极材料、正极和钠离子电池及其制备方法

说明书

本发明属于钠离子电池材料领域，具体公开了一种氟化磷酸锆锰钠/碳复合材料，为氟化磷酸锆锰钠、碳的原位复合材料，所述的氟化磷酸锆锰钠的化学式Na₃ZrMn(PO₄)₂F₃。本发明还提供了所述的材料的制备方法和应用。本发明提供了一种全新化学式和晶相结构的原位复合材料，并发现该复合材料在钠离子电池中具有高充放电比容量、良好倍率性能和循环稳定性能等电学性能。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池材料领域，具涉及钠离子电池的正极活性材料体。

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，使得锂离子电池在大范围推广应用的过程中锂价不断攀升，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难以真正实现。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。

钠离子电池和锂离子电池虽表面上看仅仅是嵌入离子的不同，但隶属于不同的领域，对电极材料的要求截然不同。例如，钠离子比锂离子要大55％左右，钠离子在相同结构材料中的嵌入和扩散往往都相对困难，同时嵌入后材料的结构变化会更大，因而电极材料的比容量、动力学性能和循环性能等都相应地变差。相比于锂离子电池领域，钠离子电池领域还有很多技术难题需要克服，其技术成熟度严重滞后于锂离子电池。

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，NASICON型磷酸盐体系材料由于具有开放的离子扩散通道，优异的钠离子电导率，且材料结构稳定性及热稳定性高，极具应用前景。

目前，磷酸钒钠、磷酸钒锰钠、磷酸钛锰钠等NASICON型正极材料体系不断被提出，其优异的大倍率和循环稳定性极大推动了钠离子电池正极材料的发展。不过由于钒元素的毒性，以及继续开发高电压材料的要求，所以开发新的利用氟代体系的材料具有极大的意义。

发明内容

针对现有的钠离子电池正极材料存在的缺陷问题，本发明的第一个目的是在于提供了一种具有优异电化学性能的Na₃ZrMn(PO₄)₂F₃/C复合材料(本发明也简称为复合材料，或者正极活性材料)。

本发明的第二个目的在于提供一种重复性好、操作简单、成本低廉制备所述Na₃ZrMn(PO₄)₂F₃/C复合材料的方法，该方法具有工业应用前景。

本发明的第三个目的在于提供一种Na₃ZrMn(PO₄)₂F₃/C复合材料的应用，旨在提升钠离子电池的性能。

本发明第四目的在于，提供一种包含所述复合材料的钠离子电池正极材料。

本发明第五目的在于，提供一种包含所述正极材料的钠离子电池正极。

本发明第六目的在于，提供一种包含所述正极的钠离子电池。

一种氟化磷酸锆锰钠/碳复合材料，为氟化磷酸锆锰钠、碳的原位复合材料，所述的氟化磷酸锆锰钠的化学式为Na₃ZrMn(PO₄)₂F₃。

本发明提供了一种全新化学式和晶相结构的原位复合材料，并发现该复合材料在钠离子电池中具有高充放电比容量、良好倍率性能和循环稳定性能等电学性能。

作为优选，所述的氟化磷酸锆锰钠/碳复合材料，碳的质量分数为5～25％。