[發明專利]一種核殼結構鈉離子電池正極材料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201810208864.0
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN110277540B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 胡勇勝;戚興國;劉麗露;秦東;陳立泉
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M10/05
• 代理公司: 北京慧誠智道知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 李楠

本發明公開了一種核殼結構鈉離子電池正極材料及其制備方法和用途，所述核殼結構鈉離子電池正極材料包括：內核和包覆于所述內核外的包覆層外殼；內核由O3相的Na_xM1_aM2_bO₂構成，空間群為R?3m，0.8≤x≤1.0，a+b＝1；M1為過渡金屬元素，M2為非過渡金屬元素；包覆層外殼由P2相氧化物或隧道結構材料構成；其中，P2相氧化物為Na_yM3_cM4_dO₂，空間群為P63/mmc，0.6≤y≤0.8，c+d＝1；M3為過渡金屬元素，M4為非過渡金屬元素；隧道結構材料為Na_zM5_eM6_fO₂，空間群為Pbam，0.22≤z≤0.66，e+f＝1；M5為過渡金屬元素，M6為非過渡金屬元素。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種核殼結構鈉離子電池正極材料及其制備方法和用途。

背景技術

化石能源枯竭的問題已經引起了社會的廣泛關注，可再生的清潔能源如太陽能風能的大規模利用刻不容緩。由于這類清潔能源的間歇性特征難以直接并網使用，儲能設備特別是電化學儲能的快速發展十分重要。在電化學儲能中鋰離子電池以其高電壓、高容量、長循環壽命在人們生活中得到廣泛應用。但是由于鋰資源儲量有限且分布不均，隨著有限鋰資源的逐漸消耗，鋰的成本逐漸升高，其作為規模儲能鋰離子電池必然會受到限制。尤其是近年來，鋰離子電池成本因為在3C領域以及電動汽車領域的廣泛應用而升高，無法滿足大規模儲能市場的低成本需求。

所以在儲能領域，需要尋找一種補充甚至替代鋰離子電池的二次電池體系。與其處于同一主族的元素鈉與鋰具有非常相似的物理和化學性質，并且鈉在地球上的豐度比鋰要高，成本較低，所以發展鈉離子二次電池作為大規模儲能設備成為一個比較好的選擇。

發明內容

本發明提供了一種核殼結構鈉離子電池正極材料及其制備方法和用途。所述核殼結構鈉離子電池正極材料容量較高、循環性能優異、倍率性能好，制備方法簡單，提升了材料的綜合性能以及應用潛力。應用本發明正極材料的鈉離子二次電池，首周效率高，循環性能優異，倍率性能優異，安全性能好，可以用于太陽能發電、風力發電、智能電網調峰、分布電站、后備電源或通信基站的大規模儲能設備。

第一方面，本發明實施例提供了一種核殼結構鈉離子電池正極材料，包括：內核和包覆于所述內核外的包覆層外殼；

所述內核由O3相的Na_xM1_aM2_bO₂構成，空間群為R-3m，其中，0.8≤x≤1.0，a+b＝1并且使材料滿足電中性；M1為過渡金屬元素，包括Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn的一種或幾種；M2為非過渡金屬元素，包括Li、B、Mg、Al、Si、Ca中的一種或幾種；

所述包覆層外殼由P2相氧化物或隧道結構材料構成；其中，所述P2相氧化物為Na_yM3_cM4_dO₂，空間群為P63/mmc，0.6≤y≤0.8，c+d＝1并且使材料滿足電中性；M3為過渡金屬元素，包括Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn的一種或幾種；M4為非過渡金屬元素，包括Li、B、Mg、Al、Si、Ca中的一種或幾種；所述隧道結構材料為Na_zM5_eM6_fO₂，空間群為Pbam，0.22≤z≤0.66，e+f＝1并且使材料滿足電中性；M5為過渡金屬元素，包括Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn的一種或幾種；M6為非過渡金屬元素，包括Li、B、Mg、Al、Si、Ca中的一種或幾種。

優選的，所述核殼結構鈉離子電池正極材料中，所述包覆層外殼占所述核殼結構鈉離子電池正極材料的質量百分比為0.1％-50％。