[發(fā)明專利]一種富鈉相鈉離子電池正極材料及其制備和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810617750.1
• 申請(qǐng)日: 2018-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN108832099B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張治安;賴延清;李煌旭;李天偉;張凱;李劼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生;魏娟

本發(fā)明屬于鈉離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種富鈉相鈉離子電池正極復(fù)合材料，為富鈉相磷酸鈦錳鈉和碳的復(fù)合材料，富鈉相磷酸鈦錳鈉的化學(xué)式為Na_3+4xMnTi_1?x(PO₄)₃，其中，0＜x≤0.3。本發(fā)明還公開了所述的復(fù)合材料的制備及其在鈉離子電池中的應(yīng)用。本發(fā)明的復(fù)合材料，創(chuàng)新地采用富鈉相磷酸鈦錳鈉，其通過合適比例的鈦缺陷來(lái)提高材料中的鈉含量。品格中多余的鈉含量有利于在鈉離子脫出的過程中保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，進(jìn)而提升材料的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。此外，所述的富鈉相磷酸鈦錳鈉和碳協(xié)同，可以明顯提升復(fù)合得到的材料的電學(xué)性能，例如提升復(fù)合材料的容量和循環(huán)性能。此外，“Na?Mn?Ti?P?O”體系資源豐富，成本低廉，且該制備方法操作簡(jiǎn)單，商業(yè)應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈉離子電池正極材料，具體涉及一種鈉的快離子導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的富鈉相正極材料，以及該材料作為鈉離子電池的應(yīng)用，屬于鈉離子電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電池由于具有高能量密度、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)迅速占據(jù)便攜式電子產(chǎn)品(筆記本電腦、智能移動(dòng)裝備、平板電腦等)市場(chǎng)，并不斷向電動(dòng)交通工具領(lǐng)域滲入。但是，鋰資源在地殼中儲(chǔ)量低，并且地域分布不均，使得鋰離子電池在大范圍推廣應(yīng)用的過程中引起鋰價(jià)不斷攀升，導(dǎo)致鋰離子電池價(jià)格居高不下。因此，鋰離子電池在大規(guī)模儲(chǔ)電領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。鈉離子電池由于鈉資源蘊(yùn)藏量豐富、環(huán)境友好，被認(rèn)為是一種理想的大規(guī)模儲(chǔ)電應(yīng)用技術(shù)而得到世界的廣泛關(guān)注。

過去的幾十年時(shí)間里，科研工作者對(duì)鈉離子電池的正極材料開展了廣泛研究。在現(xiàn)有的正極材料體系中，聚陰離子型化合物體系被認(rèn)為是最具有商業(yè)前景的鈉電正極材料體系。在聚陰離子型化合物體系中，鈉的快離子導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的正極材料具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)而得到成為研究的熱點(diǎn)。此外，其三維離子通道有利于快速導(dǎo)鈉，因此此類正極材料往往表現(xiàn)出出色的大倍率性能和長(zhǎng)循環(huán)性能。鈉的快離子導(dǎo)體材料中，以磷酸釩鈉(Na₃V₂(PO₄)₃)的研究最為廣泛。Na₃V₂(PO₄)₃電壓平臺(tái)僅為3.3～3.4V，導(dǎo)致電池能量密度較低，且金屬釩價(jià)格昂貴，釩源有毒，不利于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

另外，公開號(hào)為CN106981641A的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種Na₃MnTi(PO₄)₃/C復(fù)合材料，該復(fù)合材料是由碳層包覆Na₃MnTi(PO₄)₃顆粒構(gòu)成。Na₃MnTi(PO₄)₃的電導(dǎo)率低，容量難以發(fā)揮，且倍率性能極差。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有鈉離子電池正極材料存在的不足，本發(fā)明的提供了一種高循環(huán)穩(wěn)定性，高倍率，高能量密度的富鈉相鈉離子電池正極復(fù)合材料(本發(fā)明也稱為富鈉相鈉的快離子導(dǎo)體型正極材料，Na_3+4xMnTi_1-x(PO₄)₃/C，或者簡(jiǎn)稱為復(fù)合材料、復(fù)合正極材料或正極復(fù)合材料)。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是在于提供一種重復(fù)性好、操作簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、成本低廉，具有工業(yè)應(yīng)用前景的制備富鈉相鈉離子電池正極復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明第三目的在于，提供一種富鈉相鈉離子電池正極復(fù)合材料在鈉離子電池中的應(yīng)用。

本發(fā)明第四目的在于，提供了一種包含所述富鈉相鈉離子電池正極復(fù)合材料的正極。

本發(fā)明第五目的在于，提供一種組裝有本發(fā)明創(chuàng)新性正極的鈉離子電池。