[發明專利]一種高能量密度層狀鈉離子電池正極材料

在審

• 申請號: 201910151607.2
• 申請日: 2019-02-28
• 公開（公告）號: CN109888227A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 李青海;吳曲勇;高影
• 申請（專利權）人: 東營峰谷源新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/054
• 代理公司: 北京卓特專利代理事務所(普通合伙) 11572
• 代理人: 段宇

本發明為一種高能量密度層狀鈉離子電池正極材料，其化學式為Na_a[Ni_{1–x–y–z–d}Na_xMn_yTi_zD_d]O₂，0<x<1，0<y<1，0≤z<1，0≤d<1，0.6<a≤1；所述D為摻雜元素，所述D包括Li、Mg、Al、Sn、Zr中的一種或多種。本發明高能量密度層狀鈉離子電池正極材料基于Na₂MO₃，M為Mn和Ti，富鈉層狀結構，引入Ni活性電對，利用富鈉層狀材料的高容量特性且提高了材料的工作電位，高能量密度層狀鈉離子電池正極材料具有很高的能量密度。具有可逆容量大、能量密度大的優點，同時不含鈷元素，生產成本低。

技術領域

本發明涉及電極材料領域，特別是涉及一種高能量密度層狀鈉離子電池正極材料。

背景技術

為了緩解當前環境惡化的現狀，需要改變現有不合理的能源結構，提高能源利用率、發展新能源以及普及規模儲能技術。可再生能源具有天然的自我再生功能，是人類取之不盡用之不竭的能源。包括太陽能、風能、潮汐能、水能、地熱能、海洋能、生物質能等，但由于這些新能源體系具有很強的地域性和間歇性，使得其有效的利用面臨著許多技術問題，而規模儲能是解決這些難題的關鍵技術。鉛酸電池因為鉛的毒性以及其短的使用壽命和低的能量密度無法滿足大規模儲能的要求。鋰離子電池使用儲鋰化合物作為正極和負極材料，鋰電池在正極與負極之間進行交換而實現儲能的功能。常用的鋰離子電池正極材料包括鈷酸鋰，錳酸鋰，鋰鎳錳鈷氧化物以及磷酸鐵鋰，負極材料通常為石墨碳以及硅/碳復合材料。但是鋰資源在自然環境中含量低且分布不均勻，造成了鋰原料的價格持續上升。對鋰的需求及其礦物儲量已經引起了制造其它類型的金屬離子電池作為其替代品的需求。隨著大規模消費電子、電動汽車業發展對鋰離子電池的依賴加劇，不斷增長的鋰離子電池市場，已經帶來鋰資源短缺和鋰價格上漲等問題。

作為可再生能源利用和智能電網的核心關鍵技術，大規模儲能技術仍處于發展初期，而成本是影響儲能產業經濟性的一項重要因素。與

其它儲能技術相比，室溫鈉離子電池在資源儲量、成本、能量轉換效率、循環壽命、安全穩定性、維護費用等諸多方面存在一定優勢。因此，大力發展大規模儲能應用的室溫鈉離子電池技術具有十分重要的戰略意義。然而，研究和開發價格低廉且性能優異的室溫鈉離子電池電極材料是最終實現鈉離子儲能電池實際應用的關鍵。

發明內容

本發明的目的是提供一種可逆容量大、能量密度大的高能量密度層狀鈉離子電池正極材料。

本發明通過如下技術方案實現上述目的：

一種高能量密度層狀鈉離子電池正極材料，其化學式為Na_a[Ni_{1–x–y–z–d}Na_xMn_yTi_zD_d]O₂，0<x<1，0<y<1，0≤z<1，0≤d<1，0.6<a≤1；所述D為摻雜元素，所述D包括Li、Mg、Al、Sn、Zr中的一種或多種。

一種高能量密度層狀鈉離子電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：