[发明专利]一种高熵层状金属氧化物及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高熵层状金属氧化物及其制备方法和应用，该金属氧化物包括Li⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Ni³⁺、Co³⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Mn³⁺、Mn⁴⁺、Ti⁴⁺、Sn⁴⁺、Sb⁵⁺中的至少5种，所述金属氧化物的分子式为：Na_xLi_yCu_zNi_aCo_bFe_cAl_dMn_eTi_fSn_gSb_k，其中，0.5≤x≤1，0≤y、z、a、b、c、d、e、f、g、k≤0.2，且每种金属元素的原子数占总金属原子数的5～35％，所述金属氧化物为O3或P2相氧化物。将其作为正极材料应用于钠离子电池中，可提供较高的比容量和能量密度，并具有优异的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及正极材料技术领域，更具体地，涉及一种高熵层状金属氧化物及其制备方法和应用。

背景技术

信息技术的飞速发展的今天，能源的生产和利用对于维持现代化社会的正常运转起着至关重要的作用。随着化石燃料的不断消耗以及环境问题的日益加剧，人们对于风能、太阳能和潮汐能等可再生清洁能源的需求迅速增长。而为了将这些具有间歇性和区域性的能源整合到可实际应用的大规模电网中，廉价、高效的电能存储系统在充分存储峰谷期能量并在高峰期释放中是极其重要的一环。锂离子电池自1991年被索尼公司商业化以来在便携式电子产品和电动汽车市场已经取得了巨大的成功，也引发了其在电网规模化中可持续发展特性的关注。然而有限的锂资源，尤其是我国目前锂资源不足极度依赖进口，限制了锂离子电池的进一步发展。相比于锂，钠资源在地壳中丰富的储量导致钠基原料价格低廉(Na₂CO₃的成本低于Li₂CO₃约25-30倍)；与锂相似的物理化学性质以及与锂离子电池类似的“摇椅式”工作原理使得钠离子电池能够充分借鉴锂离子电池成熟的方法、工艺进行发展。当前钠离子电池的比容量、能量密度和倍率性能主要受限于正极材料，如何制备出一种低成本、高能量密度、高功率密度的钠离子正极材料是目前面临的主要问题。

在所有的钠离子电池正极材料中，层状氧化物由于其高比容量、简单的合成方法以及较强的可塑造性成为最具潜力的正极材料之一，但是其不可逆相变、容量迅速衰减以及空气敏感性限制其发展和应用。

发明内容

基于现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种高熵层状金属氧化物，该金属氧化物为O3或P2相层状氧化物，空间群分别对应或P6₃/mmc型结构，可作为钠离子电池正极材料使用，并具备优异的循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：