[发明专利]一种层状锰基钠离子电池正极材料的制备方法

说明书

本发明属于钠离子电池技术领域，涉及一种层状锰基钠离子电池正极材料的制备方法。其特征是工艺步骤包括：选择金属Mn再添加一种过渡金属M，与铝熔融形成合金液,过渡金属M为Fe、Co、Ni、Cu、Ti、V、Cr、Zr、Mo、Ru中的任意一种；将合金液浇铸成锭后熔化甩带形成合金条带；用碱性溶液腐蚀掉合金条带中大部分的铝，得含有金属Mn、Al、M的金属氧化物前驱体；然后将前驱体与一定比例Na2CO3或NaOH混合研磨，在空气气氛下进行烧结，并冷却至室温，得到层状氧化物。本发明工艺简单高效，成分可控，实验结果重复性强，设备要求较低，容易实现批量生产，所得产品是一种层状锰基钠离子电池正极材料。

技术领域

本发明属于钠离子电池领域，涉及一种层状锰基钠离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

21世纪以来，锂离子电池因材料体系广泛、能量密度高而成为主流的储能电池体系，已广泛应用于各种便携式设备以及电动汽车中。然而，由于锂资源逐渐枯竭且在世界各地分布不均，锂离子电池在大规模存储电网中的应用受限。基于以上考虑，人们将目标转向储量丰富，价格低廉且与锂化学性质相似的金属钠，钠离子电池成为电化学储能的希望，是取代锂离子电池的最佳选择。

对新型能量存储体系的需求增加和钠离子电池市场的不断扩张，使得高性能钠离子电极材料研究变的日益重要。正极材料是影响电池能量密度、使用寿命、成本的重要因素,开发高效的正极材料对于推进钠离子电池商业化至关重要。钠离子电池正极材料种类较多，有层状过渡金属氧化物Na_xMO₂(0.5x1,M＝Fe、Mn、Cr等)、聚阴离子型化合物NaMPO₄F和NaMPO₄(M＝Fe、V等)、隧道状过渡金属氧化物Na_0.44MO₂(M＝Fe、Mn、Cr等)。其中，层状锰基正极材料Na_xMnO₂因比容量高、成本低廉、环境友好等优势被认为是最有希望商业化的正极材料之一。

目前，层状锰基钠离子电池正极材料主要的制备方法有溶胶-凝胶法(Ramasamy HV,Kaliyappan K,Thangavel R,et al.Efficient Method of Designing Stable LayeredCathode Material for Sodium Ion Batteries Using Aluminum Doping.The Journalof Physical Chemistry Letters,2017,8(20):5021-5030.)、共沉淀法(徐硕炯，张俊喜，刘瑶，共沉淀法合成钠离子电池正极材料磷酸铁.电池，2013,43(6):314-317)、固相合成法(Zhang C,Gao R.Zheng L.et al.New Insights into the Roles of Mg in NewInsights into the Roles of Mg in Improving the Rate Capability and CyclingStability of O3-NaMn_0.48Ni_0.2Fe_0.3Mg_0.02O₂ for Sodium-Ion Batteries.AppliedMaterials Interfaces,2018,10(13):10819-10827.)。溶胶-凝胶法所获得产品化学均匀性好、纯度高，但干燥过程较为复杂，合成周期长，工业生产难度大。共沉淀法可获得粒度分布均匀的产物且产量较大，但需控制的工艺参数众多，尤其需要对PH值进行严格控制，数据重复性不好。固相合成法虽简单高效，但最终的粒子尺寸较大且分布不均，对正极材料的性能造成不良影响，同时有反应时间长、能耗高的缺点。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种层状锰基钠离子电池正极材料的制备方法，该方法工艺简单高效、成分可控、产品形貌好，纯度高，可以实现批量生产。

本发明是通过以下方式实现的：