[发明专利]空气稳定的层状过渡金属氧化物正极材料及其钠离子电池

说明书

本发明公开了一种空气稳定的层状过渡金属氧化物正极材料及其钠离子电池，所述层状过渡金属氧化物正极材料P2/O3的共相结构，化学式为Na_1‑xLi_x(Mn_0.67Ni_0.33‑yFe_y)_1‑xO₂，其中，0＜x≤0.2,0≤y≤0.2。P2/O3相共存的协同效果使得该正极材料及钠离子电池均表现出优异的电化学性能。该正极材料具有原料成本低廉、空气稳定、性能优异、易合成、环境友好的特点，以此正极材料构建的钠离子电池具有能量密度高、循环稳定、倍率性能好的优点。

技术领域

本发明涉及电化学能源技术领域，尤其涉及一种空气稳定的层状过渡金属氧化物正极材料及其钠离子电池。

背景技术

锂离子电池一直以来都是使用于便携式电子设备、电动交通工具等领域储能电池的主力军，但是有限的锂储量以及昂贵的价格，使得它不能广泛的应用到大规模固定式储能电站。基于此原因，钠离子电池具有储量丰富、价格低廉、类似的储能机理等特点，受到了人们广泛的关注。在过去的几年中，钠离子电池材料的研究已经取得了一定的成效，在正极材料的开发方面也实现了较大的突破，其中包括层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物以及普鲁士蓝化合物等。层状过渡金属氧化物因为容量高、合成工艺简单、以及环境友好等优势，被认为是一类极具应用前景的电极材料。而该类材料存在不可逆相转变、空气稳定性差的缺陷，导致材料容量衰减快，循环稳定性差，电极制作条件苛刻，严重阻碍其应用进程。因此找到一种结构稳定、高容量的层状过渡金属氧化物正极材料尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空气稳定的层状过渡金属氧化物正极材料及其钠离子电池，利用金属元素进行替代或掺杂，可以稳定层状氧化物正极材料的结构，抑制和减少正极材料在脱嵌钠过程中发生的多相转化反应，呈现出优异的电化学性能，得到结构稳定、高容量的层状过渡金属氧化物正极材料。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种空气稳定的层状过渡金属氧化物正极材料及其钠离子电池，所述层状过渡金属氧化物正极材料为P2/O3的共生相结构，化学式为Na_1-xLi_x(Mn_0.67Ni_0.33-yFe_y)_1-xO₂，其中，0x≤0.2，0≤y≤0.2。

其中，所述空气稳定的层状过渡金属氧化物正极材料为类球形的粉体，粒径为0.5～12μm。

第二方面，本发明实施例提供一种空气稳定的层状过渡金属氧化物正极材料的制备方法，包括：

通过蠕动泵将锰盐、镍盐、铁盐的混合溶液与沉淀剂溶液同时泵入反应器搅拌，得到球形前躯体粉末；所述锰盐包括硫酸锰、氯化锰、硝酸锰、乙酸锰或柠檬酸锰一种；所述镍盐包括硫酸镍、氯化镍、硝酸镍、乙酸镍或柠檬酸镍中一种；所述铁盐包括硫酸铁、氯化铁、硝酸铁、乙酸铁或柠檬酸铁中一种；所述沉淀剂溶液包括氢氧根沉淀溶液、碳酸根沉淀溶液或草酸根沉淀溶液中的一种；

按摩尔计量比称量所述球形前躯体粉末与钠源和/或锂源均匀混合，经800-950℃烧结5-20小时得到层状过渡金属氧化物正极材料，所述钠源包括碳酸钠、氢氧化钠、乙酸钠或醋酸钠中的一种；所述的锂源包括碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂或醋酸锂中的一种。

其中，通过蠕动泵将锰盐与镍盐的混合溶液与氢氧根沉淀溶液同时泵入反应器搅拌，得到球形前躯体粉末；按摩尔计量比称量所述球形前躯体粉末与碳酸钠，混合均匀，在800℃下烧结12小时得到NaMn_0.67Ni_0.33O₂。