[发明专利]一种铝掺杂层状氧化物材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种铝掺杂层状氧化物材料及其制备方法和应用。通过溶胶凝胶法经两次不同温度煅烧合成化学式为Nasubgt;x/subgt;Lisubgt;a/subgt;Fesubgt;b/subgt;Alsubgt;c/subgt;Mnsubgt;d/subgt;Osubgt;2/subgt;(0.6≤x≤0.7，0.1≤a≤0.2，0.15≤b≤0.2，0c≤0.14，0.57≤d≤0.67，且a+b+c+d＝1)的P2型铝掺杂层状氧化物材料。其中因铝离子无电化学活性，在电池充放电过程中能够稳定存在于材料的内部晶格结构中，使得该材料具有容量高、稳定性好等优点。在0.1C的电流密度下，该材料的首圈可逆比容量可达210mAh/g，循环50圈后容量保持率仍高达84.45％。本发明的正极材料原料来源丰富，成本低廉，对环境友好，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于钠离子电池正极材料领域，涉及一种铝掺杂层状氧化物材料及其制备方法和应用。

背景技术

因自然界中锂资源的有限分布，使得锂离子电池在大规模的储能应用中受到限制。钠离子电池因钠储量丰富、容易获得、成本低廉等优势，使其在大规模储能中受到越来越多的关注。但钠离子电池正极材料存在容量低、结构稳定性差等弊端，因而阻碍了其进一步的发展。基于近年来的研究，层状过渡金属氧化物以其易于合成、原料来源广泛、容量高等优点成为钠离子电池中最有研究前景的正极材料之一。然而，现阶段研究的层状过渡金属氧化物因内部晶格结构对充放电过程中离子的可逆迁移限制比较大，导致了钠离子电池容量的迅速衰减，使其表现出差的循环性能和倍率性能。因此，开发内部结构稳定、高容量、低成本的层状过渡金属氧化物正极材料对钠离子电池在大规模储能应用中的发展有着重要作用。

发明内容

为了改善上述技术问题，本发明采用元素取代优化化学组分的方法改善钠离子电池正极材料的电化学性能，提供一种P2型铝掺杂层状氧化物材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种铝掺杂层状氧化物材料，其化学通式记为Na_xLi_aFe_bAl_cMn_dO₂，其中，各元素的摩尔百分比范围为0.6≤x≤0.7，0.1≤a≤0.2，0.15≤b≤0.2，0c≤0.14，0.55≤d≤0.67，且a+b+c+d＝1。

例如，0.62≤x≤0.67，示例性为0.6、0.62、0.65、0.67、0.7。

例如，0.12≤a≤0.17，示例性为0.1、0.12、0.15、0.2。

例如，0.16≤b≤0.18，示例性为0.15、0.16、0.18、0.2。

例如，0.05≤c≤0.12，示例性为0.05、0.08、0.1、0.12、0.14。

例如，0.55≤d≤0.59，示例性为0.55、0.57、0.59、0.60、0.62、0.67。

根据本发明的实施方案，所述铝掺杂层状氧化物材料由包括Na源、Fe源、Li源、Al源、Mn源的原料经溶胶凝胶法制备得到层状氧化物材料的前驱体，再对所述前驱体进行烧结得到。

优选地，所述Na源可以为NaNO₃、NaCH₃COO、Na₂CO₃中的至少一种，优选为NaNO₃。

优选地，所述Fe源可以为Fe(NO₃)₃·9H₂O、Fe(OH)(CH₃COO)₂中的至少一种，优选为Fe(NO₃)₃·9H₂O。