[发明专利]一类低钠含量的O3型钠离子电池层状正极材料

说明书

本发明属于电化学电源领域，具体涉及一类低钠含量的O3型钠离子电池层状正极材料。该层状正极材料化学式为Na_0.67A_xB_yC_zD_rO₂，A选自二价金属离子中的两种或三种，B选自三价金属离子中的两种或三种、C选自四价金属离子中的两种或三种、D选自五价金属离子中的一种或两种，过渡金属层元素种类在7～10种之间，且满足x+y+z+r=1，且2.8≤2x+3y+4z+5r≤3.2。本发明基于特定的高熵过渡金属层组分成功获得低钠含量的O3型结构材料，使得材料的结构设计更具有可控性，对高性能的钠离子电池层状正极材料的优化设计提供了新的见解，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学电源领域，具体涉及一类低钠含量的O3型钠离子电池层状正极材料。

背景技术

随着人们对环境问题和化石燃料快速消耗的担忧持续增长，现代社会对可再生能源的利用和智能电网的推广的强烈需求推动了先进储能技术的发展，大型电化学储能系统的需求在过去的数十年中受到了极大的关注。在各种电能存储系统中，充电电池由于其高安全性、高转换效率、低成本和环境友好被认为是先进储能技术最典型的代表之一。碱金属离子电池由于能量密度高、循环寿命长等优点在储能领域占据着极为重要的地位。

近年来，碱金属离子电池中层状氧化物正极材料由于具有可逆脱嵌锂、钠离子等的晶体结构、比容量高、制备方法简单以及价格低廉等一系列优势，使其得到储能领域的科学家们的深入研究，成为备受关注的焦点。

层状过渡金属氧化物Na_xMO₂(M为过渡金属)是目前研究最广泛的候选材料之一，P2型中钠离子占据三棱柱间隙位，氧层排列规律为ABBA，0.45≤x≤0.8；O3型材料钠离子占据八面体位，氧层排列规律为ABCABC，0.8≤x≤1。晶体结构的差异自然对材料电化学性能造成明显的影响。

相结构的差别和材料中所含的钠离子含量息息相关，一般来说，高Na含量(0.8≤x≤1)有助于形成O3型结构，而低Na含量(0.45≤x≤0.8)则形成P2型结构，结构的设计和调控主要还是依靠高通量的尝试性实验，具有明显的盲目性。

发明内容

本发明的目的是提供一类低钠含量的O3型钠离子电池层状正极材料：该层状正极材料化学式Na_0.67A_xB_yC_zD_rO₂，A选自二价金属元素中的两种或三种，B选自三价金属元素中的两种或三种，C选自四价金属元素中的两种或三种、D选自五价金属元素中的一种或两种。

层状正极材料Na_0.67A_xB_yC_zD_rO₂中过渡金属层元素种类在7～10种之间。

层状正极材料Na_0.67A_xB_yC_zD_rO₂中x、y、z、r分别为对应元素所占过渡金属元素组分的摩尔分数，关系满足x+y+z+r＝1，且2.8≤2x+3y+4z+5r≤3.2。

所述的A元素为Ni、Cu、Mg或Zn中的两种或三种；

所述的B元素为Fe、Co、Al、Sc或In中的两种或三种；

所述的C元素为Mn、Ti、Sn、V、Cr、Zr或Hf中的两种或三种；

所述的D元素为Sb、Nb、Mo、Pt或Bi中的一种或两种。

上述材料应用传统的固相法即可制得，方法具体如下：