[发明专利]稀土金属元素掺杂的P2相钠离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土金属元素掺杂的P2相钠离子电池正极材料，其材料化学式为Nasubgt;x/subgt;Asubgt;y/subgt;Bsubgt;z/subgt;Mnsubgt;1‑y‑z/subgt;Osubgt;2/subgt;，其中A为Ni、Co、Fe、Mg、Zn、Li中的任意一种元素或任意几种元素的组合，B为至少一种稀土元素。本发明材料制备方法，首先称取钠盐、A盐、锰盐、稀土金属盐，混合溶于溶剂中，得到混合溶液；然后按照一定摩尔比称取柠檬酸并配成溶液；再将混合盐溶液加入二中的柠檬酸溶液中，一定温度水浴搅拌，直至形成凝胶，再进行干燥，预烧结以及高温烧结，得到稀土元素掺杂的P2相钠离子电池正极材料。上述实施例方法制备材料具有较高的比容量，及优异的倍率性能，循环性能好，方法简单易行，重复率高，适合推广使用。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法，特别是涉及一种P2相钠离子电池正极材料及其制备方法，应用于高性能电池技术领域。

背景技术

钠离子电池正极材料种类繁多，在这些材料中，P2相的层状过渡金属氧化以组成可控，易于合成、原料丰富，理论容量高等优势成为研究的热点之一。然而相对于锂离子电池正极材料，P2相钠离子电池正极材料，放电比容量较低，循环倍率性都较差，因此，研发高的放电比容量和不错的循环稳定性和高倍率性的P2相钠离子电池正极材料，具有现实意义和广阔应用前景，现有的钠离子电池正极材料的性能还不够理想，同时也成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种稀土金属元素掺杂的P2相钠离子电池正极材料及其制备方法，本发明材料具有较高的比容量，表现出优异的倍率性能，且循环性能好，制备方法简单易行，产出率高，重复性好，成本较低，适合推广使用。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种稀土金属元素掺杂的P2相钠离子电池正极材料，其材料化学式为Na_xA_yB_zMn_1-y-zO₂，其中A为Ni、Co、Fe、Mg、Zn、Li中的任意一种元素或任意几种元素的组合，B为至少一种稀土元素，x为0～0.9，y为0～0.5，z为0～0.5，且1-y-z≠0，且x、y和z也皆不为0。本发明采用的金属稀土元素具有较大半径，能扩大晶胞间隙，起到“支柱”效应，稳定支撑晶胞结构，同时，稀土金属离子容易失去外层2个6s电子和次外层5d轨道上的一个电子，对材料电子导电性有显著提升，使掺杂后的材料表现出较好的长循环稳定性和优异的高倍率性。

作为本发明优选的技术方案，在Na_xA_yB_zMn_1-y-zO₂化学式中，A为Co，或者A为Fe、Mg、Zn、Li中至少一种元素和Co元素的金属元素组合，B为Y、La和Ce中的至少一种稀土元素。

一种本发明稀土金属元素掺杂的P2相钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

a.按照制备的目标稀土金属元素掺杂的P2相钠离子电池正极材料的化学式Na_xA_yB_zMn_1-y-zO₂中的元素组成和配比，称取钠盐、锰盐、A盐、稀土金属盐作为原料，采用溶胶凝胶法，将原料与柠檬酸水溶液进行混合，在不高于100℃的水浴保温条件下，进行搅拌至少30min，直到使混合液形成凝胶；

b.将在所述步骤a中制备的凝胶进行干燥得到干凝胶，然后采用分段烧结方法，将干凝胶依次进行预烧结以及高温烧结，其中预烧结阶段低于高温烧结阶段的烧结温度，将高温烧结得到的烧结产物进行冷却，从而得到稀土元素掺杂的P2相钠离子电池正极材料。