[发明专利]一种V掺杂P2型钠离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种V掺杂P2型钠离子电池正极材料及其制备方法。该钠离子电池正极材料的化学式为：Na_xMn_aM_bV_cO₂(其中x、a、b、c为摩尔数，0.44＜x＜1，0.4≤a≤1，0≤b≤0.4，0＜c≤0.2，M为金属离子Ni、Co、Mg、Al、Zn、Ti、Cu和Fe中的一种或几种)。本发明通过简单的溶胶凝胶法制备前驱体、高温固相烧结反应，制备出V掺杂P2型钠离子电池正极材料。利用V掺杂P2型钠离子电池正极材料可以抑制材料发生不可逆相转变，提高电导率和钠离子扩散系数，有效提高材料的循环性能、倍率性能和安全性能，本发明的制备方法操作简单、成本低廉、环境友好，易实现工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于钠离子电池电极材料的制备技术领域，具体涉及一种V掺杂P2型钠离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

近年来随着锂离子电池技术的快速发展，锂离子电池已经被应用到我们生活的各个方面，包括手机和电脑等便携设备、新能源汽车的动力电池、风能和太阳能发电站的储能装置等，巨大的能量需求使人们把研究的目光投向钠离子电池，由于钠元素具有资源丰富、分布广泛、成本低等优点，日臻成熟的钠离子电池必将成为未来的研究热点。层状过渡金属氧化物作为钠离子电池正极材料因具有易于合成和较高的电化学活性而受到广泛的关注，其中P2型钠离子电池正极材料由于具有较高的容量而被研究较多，但在循环过程中也会发生不可逆相转变，导致容量衰减很快，限制了P2型钠离子电池正极材料的应用。

目前改善P2型钠离子电池正极材料电化学性能的方法主要有表面包覆和体相掺杂两种。表面包覆，就是在材料表面包覆一层保护膜，从而防止正极材料与电解液直接接触和反应，提高材料稳定性。体相掺杂，就是利用金属离子(Al³⁺、Mg²⁺或Fe²⁺等)替代正极材料本体中部分离子，进而稳定材料结构，抑制相转变问题和改善其循环稳定性能。近年来，虽然有不少专利公开了V掺杂改善锂离子电池性能的报道，但是利用V掺杂P2型钠离子电池正极材料研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种V掺杂P2型钠离子电池正极材料及其制备方法，对已有的钠离子电池正极材料的制备工艺进行改进，可以抑制材料发生不可逆相转变，提高电导率和钠离子扩散系数，有效提高材料的循环性能、倍率性能和安全性能，适用于工业化应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种V掺杂P2型钠离子电池正极材料，所述V掺杂P2型钠离子电池正极材料的化学式为Na_xMn_aM_bV_cO₂，其中x、a、b、c为摩尔数，0.44＜x＜1，0.4≤a≤1，0≤b≤0.4，0＜c≤0.2，M为金属离子Ni、Co、Mg、Al、Zn、Ti、Cu和Fe中的一种或几种。

以上所述的一种V掺杂P2型钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照化学式Na_xMn_aM_bV_cO₂中Mn、M和V元素的摩尔比称取锰盐、金属M盐和钒源溶解于适量水中，加入的钠盐过量1mol％-5mol％，搅拌溶解，配制得到混合溶液；

2)将步骤1)的混合溶液加热搅拌，然后加入添加剂，搅拌蒸干，得到凝胶；

3)将步骤2)所得凝胶烘干，破碎，在空气氛围下预烧，然后烧结，再冷却至室温，即得到V掺杂P2型钠离子电池正极材料。

进一步地，步骤1)所述的钠盐、锰盐、金属M盐均为硫酸盐、硝酸盐和醋酸盐中的一种或几种。

进一步地，步骤1)所述的钒源为偏钒酸铵、硫酸氧钒、草酸氧钒中的一种或几种。