[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

说明书

本发明提供一种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，该钠离子电池正极材料为具有超结构的层状氧化物，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，MO_a能诱导和控制超结构形成。本发明通过纳米管金属氧化物MOa诱导作用控制钠离子电池正极材料合成过程中的结晶、生长，从而获得具有超结构的微米级钠离子电池正极材料。该纳米管金属氧化物MO_a超结构能够在层状材料高脱锂态下，对高电压下层状材料电化学性能的发挥起到促进的作用，提高其循环稳定性。

技术领域

本发明属于钠离子电池材料及其制造工艺技术领域，具体涉及一种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。

背景技术

随着不可再生能源的日渐枯竭，新型能源的开发势在必行，理想二次电池的研发刻不容缓。锂离子电池以其循环性能好、能量密度大、材料体系灵活而被广泛应用于各类示范工程中，但资源少、价格高和存在安全隐患导致其不能大规模应用。而钠与锂处于同一主族，物理化学性质较为相似，并且钠具有分布广泛、价格低廉、容易提取、安全性高等优点。近年来在新能源储存与转换领域引起了广泛关注。

相比于已经商业化使用的锂离子电池，钠离子电池具有以下特点：

(1)相类似的充放电机制。充电过程中，正极材料发生氧化反应，失去电子，并脱出钠离子；电子通过外电路到达负极，同时钠离子也经过电解液迁移到负极；负极材料得到电子，并嵌入钠离子，发生还原反应；放电过程与充电过程相反。

(2)相似的嵌插化学性质。钠与锂属于同主族元素，物理与化学性质相近，锂离子和钠离子可以在相似的材料结构中进行可逆的嵌入与脱出。

(3)更低的资源成本。钠资源在地壳中的储量约1％，广泛存在于海水中；而锂资源储量只有约10ppm，且分布不均，70％集中在南美国家。

但是为了更好地满足实用化要求，钠离子电池还需要提升比能量、循环寿命、倍率性能等。电池的比能量主要由正负极材料的比容量和电位差决定，比容量与材料的分子量和电荷转移数有关，当分子量相同时，电荷转移数越大，比容量越大；当电荷转移数相同时，分子量越小，比容量越大。工作电位与活性材料的氧化还原能相对应，氧化还原能越高，电位越低；反之则越高。通常，电负性强的阴离子可以通过诱导效应降低材料的氧化还原能，从而提高其工作电位。因此，高比能量要求电池具有比容量大、工作电位高的正极材料和比容量大、工作电位低的负极材料。