[发明专利]具有超结构的层状氧化物钠离子电池正极材料及制备方法

权利要求书

1.一种具有超结构的层状氧化物钠离子电池正极材料，其特征在于：该钠离子电池正极材料为具有超结构的层状氧化物，其中钠离子层和过渡金属层在c轴方向上交替排列，分子式为Na_x[A_yMn_1-y]O₂·zMO_a，其中，0.4≤x≤0.9，0.1≤y≤0.5，0.01≤z≤0.2；

A为所述钠离子电池正极材料的过渡金属层中的金属离子，选自Li⁺、Mg²⁺、K⁺、Zn²⁺中的一种或多种；

MO_a为纳米管金属氧化物，选自MnO₂、BaO、SnO₂、TiO₂、ZnO、ZrO₂、SrO或Al₂O₃中的一种或多种，所述MO_a能诱导和控制超结构形成。

2.根据权利要求1所述的具有超结构的层状氧化物钠离子电池正极材料，其特征在于：所述MO_a纳米管为棒状或者片状金属氧化物。

3.根据权利要求1所述的具有超结构的层状氧化物钠离子电池正极材料，其特征在于：所述钠离子电池正极材料颗粒尺寸为1-5um。

4.一种如权利要求1～3任一项所述的具有超结构的层状氧化物钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述钠离子电池正极材料采用固相法制备，包括以下步骤：

S1-1、将钠化合物、锰化合物、掺杂金属离子A所形成的化合物以及纳米管金属氧化物MO_a，按照所述分子式的组成比例混合后球磨；

S1-2、在氧气气氛下，采用程序升温的方法分两阶段煅烧：第一阶段程序升温至400-600℃后煅烧2-5小时，自然冷却至室温并充分研磨，第二阶段程序升温至700-850℃后煅烧10-20小时，升温速率为1-10℃，降温后得到所述钠离子电池正极材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤S1-1中钠化合物选自碳酸钠、硝酸钠、氧化钠、过氧化钠或氢氧化钠中的一种或多种；

所述锰化合物选自碳酸锰、硝酸锰、二氧化锰、三氧化二锰、氢氧化锰中的一种或多种；

所述掺杂金属元素A所形成的化合物选自氧化物、碳酸化合物、硝酸化合物、醋酸化合物、氢氧化物中的一种或多种。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤S1-1中球磨时间为8～14h。

7.一种如权利要求1～3任一项所述的具有超结构的层状氧化物钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述钠离子电池正极材料采用溶胶凝胶法制备，包括以下步骤：

S2-1、将钠化合物、锰化合物、掺杂金属元素A所形成的化合物以及纳米管金属氧化物MO_a，按照所述分子式的组成比例混合，滴加溶剂和分散剂溶解，并继续搅拌30-60min；

S2-2、将步骤S2-1制得的溶液在60-90℃下，搅拌3-10小时，形成凝胶；

S2-3、将步骤S2-2制得的凝胶置于烘箱中，在60-100℃的真空条件下烘干6-15小时，得到中间产物；

S2-4、将步骤S2-3的中间产物在空气气氛下，采用程序升温的方法分两阶段煅烧：第一阶段程序升温至400-600℃后煅烧2-5小时，自然冷却至室温并充分研磨，第二阶段程序升温至700-850℃后煅烧10-20小时，降温后得到所述钠离子电池正极材料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2-1中钠化合物、锰化合物、含有金属元素A的化合物均为硝酸化合物或醋酸化合物。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2-1中溶剂为乙二醇、乙醇、丙酮中的一种或几种。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2-1中分散剂水溶液中分散剂为氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、醋酸铵、EDTA、乙二胺、乙酸、氟化钠、酒石酸、琥珀酸、柠檬酸、丙二酸的一种或几种。