[发明专利]一种Li掺杂钠离子电池阴极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种Li掺杂钠离子电池阴极材料及其制备方法，属于钠离子电池技术领域。本发明提出了一种在层状Mn/Fe基阴极Na_2/3Fe_2/3Mn_1/3O₂(以下简称NFM)中通过Li取代实现阴‑阳协同氧化还原的策略，合成了一种新型的层状正极材料Na_xLi_yFe_zMn_{1.8‑x‑y‑z}O_2–δ(以下简称NLFM)，具备优异的空气和水稳定性，同时利用阴阳离子协同氧化还原，实现低晶格应变和优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种Li掺杂钠离子电池阴极材料及其制备方法，属于钠离子电池技术领域。

背景技术

近年来，钠离子电池(SIBs)在大规模储能中的应用前景广阔，引起了人们的广泛关注。层状氧化物阴极作为SIBs的阴极已经得到了广泛的研究，而锰/铁基阴极由于丰富的原料和高理论容量的正日益受到人们的关注。对于大型储能装置，其成本效益特性确保了层状Mn/Fe 基氧化物与LiCoO₂具有潜在竞争。然而，仍有一些关键问题有待解决：(1)锰基层状氧化物由于过度开发锰的活性而经常造成锰的溶解；(2)在含铁的层状氧化物中倾向于发生铁离子从过渡金属层向钠层的迁移，阻碍钠离子的连续嵌入；(3)这些Mn/Fe层状氧化物暴露在潮湿空气中时不稳定，增加了材料储存和运输成本。

发明内容

本发明所要实际解决的技术问题是：现有技术中的应用于钠离子电池的Mn/Fe基层状氧化物阴极材料存在的耐湿性不好、多次循环后的放电比容量下降明显、倍率不高的问题。本发明提出了一种在层状Mn/Fe基阴极Na_2/3Fe_2/3Mn_1/3O₂(以下简称NFM)中通过Li取代实现阴-阳协同氧化还原的策略，合成了一种新型的层状正极材料Na_0.8Li_0.2Fe_0.2Mn_0.6O₂(以下简称 NLFM)，具备优异的空气和水稳定性，同时利用阴阳离子协同氧化还原，实现低晶格应变和优异的电化学性能。

一种Li掺杂的钠离子电池阴极材料，其化学式是：Na_xLi_yFe_zMn_1.8-x-y-zO_2–δ；δ表示氧空位含量。

在一个实施例中，0.7≤x≤0.9；0.1≤y≤0.3；0.1≤z≤0.3。

在一个实施例中，0≤δ≤1。

在一个实施例中，化学式是：Na_0.8Li_0.2Fe_0.2Mn_0.6O₂。

上述的Li掺杂的钠离子电池阴极材料的制备方法，是通过固相法或者溶胶凝胶法制备得到。

所述的固相法的步骤包括：按照化学计量比将钠源、锂源、铁源和锰源混合后，研磨处理；再进行煅烧处理后，得到阴极材料。

所述的钠源选自Na₂CO₃₃。

所述的锂源选自Li₂CO₃₃。

所述的铁源选自Fe₂O₃。

所述的锰源选自MnO₂。

所述的煅烧处理过程中是指先在650-750℃下处理5-30h，再在800-900℃下处理10-40h。

上述的阴极材料在钠离子电池中的应用。