[发明专利]一种层状钴基钠离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种层状钴基钠离子电池正极材料的制备方法。本发明还公开了该层状钴基钠离子电池正极材料及其应用。本发明是通过采用一种简单传统的高温固相法合成，得到所述的晶面间距及晶胞体积可控的层状钴基钠离子电池正极材料，其能应用于制备钠离子电池。本发明绿色环保、方法简单，操作方便，材料制备成本低廉。实验煅烧过程中通过添加蔗糖来改变Na‑Co‑O晶体结构的晶胞体积及晶格间距，实现该材料用于钠离子电池具有较高的放电比容量及较好的循环性能。这种方法对进一步优化钠离子电池性能和钠离子电池未来商业化都具有重要意义。

技术领域

本发明属于钠离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种层状钴基钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会经济的快速发展、生活环境的污染，人类对清洁能源的需求越来越大，因此开发一种可持续、再生的环境友好型能源就显得尤为重要。目前使用较多且具有代表性的锂离子电池已经广泛应用，但是资源限制因素及电池造价成本限制了其在未来大规模储能设备中的应用。因此研究者把目光投向了与锂离子电池具有相似储能机理的钠离子电池。但钠离子电池的比能量不及锂离子电池的比能量。

电极材料是决定电池比能量的关键因素。现研究阶段硬碳材料是最理想的负极材料。因此，正极材料在很大程度上决定着钠离子电池的工作电压，能量密度，安全性和成本。现在研究较多的钠离子电池正极材料有层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类、有机物等。层状过渡金属氧化物相比于其他阴极材料具有理论容量高，成本低，合成工艺简单等优点。但是相比于锂原子，钠原子质量较大(约为锂原子的3.3倍)，导致其能量密度较低；其次，由于钠离子半径较大，其在电池充放电电化学反应过程中的脱嵌/嵌入扩散会面临更大的阻力。所以正极材料面临着循环稳定性差、放电比容量低、离子电导率低、钠离子扩散速率较慢等问题。

在众多种层状过渡金属氧化物中，钴基电极材料广泛的用于电池材料研究并表现出优异的电化学性能。针对用于钠离子电池正极材料的优点和缺点，以及层状过渡金属氧化物相比于其他正极材料的优势，研发一种合成方法简单、成本低、性能优异、适用于工厂大规模生产的钴基层状过渡金属氧化物电极材料具有很重要的实际意义。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题在于提供一种合成简单、操作可控、电化学性能优异的层状钴基钠离子电池正极材料的制备方法，能够得到晶面间距及晶胞体积可控的层状钴基钠离子电池正极材料。

本发明通过添加蔗糖来调控钠离子电池正极材料的晶胞体积及晶格间距以提高晶体结构稳定性的方法。

本发明还要解决的技术问题是提供了Na_0.71Co_0.96O₂作为高性能的钠离子电池正极材料中的应用或在制备钠离子电池中的应用。

技术方案：针对上述要解决的技术问题，本发明的技术方案如下：本发明提供了一种层状钴基钠离子电池正极材料的制备方法，该方法可以方便可控的调节Na-Co-O晶体结构，具体包括如下步骤：

1)将钠盐、钴盐和不同量的蔗糖放入研钵中研磨，把研磨均匀的混合物转移至刚玉坩埚中，然后放入马弗炉中煅烧；

2)烧好的产品以甲醇为溶剂在离心机中洗涤三遍，转移至鼓风干燥箱干燥，即得目标产物钠离子电池正极材料Na_0.71Co_0.96O₂；

其中，步骤1)中，所述的钠盐为碳酸钠、钴盐为六水合硝酸钴，按化学计量比1～1.1∶1混合。

其中，步骤1)中，加入蔗糖的量按钠盐、钴盐混合物总质量比的5％～15％；

作为优选的，所述加入蔗糖的量按钠盐、钴盐混合物总质量比的5％、10％、15％加入。