[发明专利]一种钠离子电池铝掺杂氧化锌包覆镍锰酸钠正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钠离子电池铝掺杂氧化锌包覆镍锰酸钠正极材料及其制备方法，所述正极材料为核‑壳结构，铝掺杂氧化锌作为壳包覆镍锰酸钠。所述正极材料的制备方法是将镍锰酸钠加入含有铝源、锌源和络合剂的水溶液中，得到凝胶，干燥处理，得到干凝胶，研磨后，空气下煅烧得到所述铝掺杂氧化锌包覆镍锰酸钠。本发明通过在镍锰酸钠表面包覆高导电性的铝掺杂氧化锌减少正极材料与电解液之间的接触，抑制副反应的发生，提高材料的循环性能，同时改善材料自身导电率差的问题，增强倍率性能；本发明的制备方法简单，有利于实现大规模生产。

技术领域

本发明涉及钠离子电池正极材料领域，特别涉及一种钠离子电池铝掺杂氧化锌包覆镍锰酸钠正极材料及其制备方法。

背景技术

钠离子电池因其钠资源分布广泛、成本低廉以及拥有与锂离子电池相似的运作原理，成为储能领域十分具有潜力的新兴技术。然而，钠具有更大的相对原子质量、更高的氧化还原电位和更大的离子半径，阻碍了钠离子电池向更高的能量密度与更强的电池循环稳定性的进发，因此开发出比容量更高、稳定性更好的正极材料是钠离子电池发展的重中之重。

在钠离子电池的正极材料中，层状过渡金属氧化物因其制备简单、理论比容量高、电压高等优点备受广泛关注。其中，P2型镍锰酸钠具有层间钠离子可全部脱出以及较高的工作电压(～3.7V)的优点，被认为是十分具有潜力的钠离子电池正极材料之一。

但是P2型镍锰酸钠具有不稳定的表面及导电性差等缺陷，阻碍了其实际应用。Liu等人通过湿化学法在P2型镍锰酸钠表面包覆Al₂O₃，在电极材料与电解液之间建立一种人工物理屏障，阻断两者的直接接触，从而抑制电池循环过程中不利副反应发生，减少电极材料表面层开裂甚至剥落现象出现，提高了材料的结构与循环稳定性(Nano Energy 27 201627-34)；Yang等人通过原子层状堆积技术可控地调节Al₂O₃包覆层厚度，在保持上述包覆效果的同时，还尽可能避免了因非活性物质包覆而引起的容量损失(Energy StorageMaterials 2020,26,503-512)；Xia等人为了改善P2型锌镍锰酸钠的导电性差的问题，通过采用聚多巴胺作为前驱体在电极材料表面均匀包覆碳涂层，显著提升了P2型锌镍锰酸钠的倍率性能(Carbon,2020,157,693-702)；Hu等人使用对环境良好、低成本的ZnO在 P2型镍锰酸钠表面进行包覆，同样抑制了表面层开裂甚至剥落以及结构退化，提高了结构稳定性与循环稳定性(The Journal of Physical Chemistry C 2020,124,1780-1787)。

专利文献CN112751001A公开了一种钼掺杂氧化铟包覆镍锰酸钠正极材料，其是将镍锰酸钠正极材料和钼掺氧化铟纳米颗粒按照100:(0.2～0.8)的质量比加入到高速混料器中均匀混合，随后在250～750℃下焙烧2～8h，得到钼掺氧化铟包覆的镍锰酸钠正极材料。但是钼和铟价格不菲，造成正极材料成本高昂，而且最终得到的电池循环稳定性还有待提升。

在上述方法中，仍然存在不足，如包覆材料导电性差、包覆后容量损失、与电极材料结构相容性差、制备工艺复杂、制备成本高等，阻碍了其大规模应用。

发明内容

为了克服现有技术中钠离子电池正极材料性能还不能满足实际需求，本发明通过采用铝掺杂氧化锌作为P2型镍锰酸钠的包覆层，其导电性能优异(～10⁴S cm^-1)且与镍锰酸钠结构相容性良好，另外制备方法简单，包覆均匀，材料成本低廉，可供大规模生产。

本发明的第一个方面，提供了一种钠离子电池铝掺杂氧化锌包覆镍锰酸钠正极材料，为核-壳结构，铝掺杂氧化锌作为壳包覆镍锰酸钠。

作为壳的铝掺杂氧化锌中，铝源与锌源的摩尔比为1-10：90-99，优选1-3：97-99。

进一步地，作为核的镍锰酸钠的粒径为1-5μm，作为壳的铝掺杂氧化锌包覆层的厚度为30-100nm，包覆层厚度均匀。