[發(fā)明專利]一種O3型鈉離子電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910271401.3
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN109873153A
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顏果春;馬安霞;李新海;王志興;郭華軍;尹周瀾;王接喜;胡啟陽;彭文杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;C01G53/00
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 張勇

本發(fā)明提供了一種O3型鈉離子電池正極材料及其制備方法，制備方法包括先將鎳、錳、鐵、鋁的金屬鹽配制成前驅(qū)體溶液；再將前驅(qū)體溶液進行噴霧熱解，得到粉體產(chǎn)物；最后將粉體材料與鈉鹽混合均勻后進行壓片和高溫燒結(jié)，得到O3型鈉離子電池正極材料。制備方法操作簡單，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)能大，適應性強。所制得的正極材料為片狀結(jié)構(gòu)，片徑為1～5μm，厚度為0.5～1.0μm，形貌粒徑大小均勻、在高電壓下可逆比容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好，在2.0～4.2V電壓區(qū)間測其充放電比容量，其首次放電比容量在148mAh·g^?1以上，庫倫效率為92％以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池正極材料領(lǐng)域，特別涉及一種O3型鈉離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著不可再生能源的大量消耗以及環(huán)境污染等問題，開發(fā)綠色可持續(xù)的新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源已成為全球研究的熱點。鋰離子電池因具有能量密度大、循環(huán)壽命長、安全性能好無記憶效應等優(yōu)點，已被廣泛的應用于新能源汽車、新能源發(fā)電(太陽能、風能等)及電網(wǎng)儲能，然而鋰資源在自然界的儲量有限，且分布不均勻，價格昂貴，嚴重制約了其在大規(guī)模儲能設(shè)備中的應用。鈉離子電池具有與鋰離子電池相似的儲存機制，鈉資源豐富、分布廣泛、成本低廉，又因為鈉和鋁之間沒有合金化反應，可以直接使用鋁箔來做鈉離子電池的正負極集流體，從而進一步降低了鈉離子電池的成本，使其在大規(guī)模儲能領(lǐng)域中具有較大的優(yōu)勢和發(fā)展前景。

層狀氧化物的通式是Na_xMO₂(M為一種或多種過渡金屬元素)，Delmas教授根據(jù)鈉離子的空間占位和周期變化將層狀氧化物分為P2、O2、O3、P3相，其中最為常見的為P2相和O3相結(jié)構(gòu)。O3相結(jié)構(gòu)的層狀氧化物比容量高、有較高的能量密度，因而受到廣大研究者的關(guān)注。Johnson等人(Electrochemistry Communications 18(2012)66.)采用固相法合成了O3型NaNi_1/3Mn_1/3Fe_1/3O₂材料，電壓范圍為2.0-4.0V，電流密度為13mA g^-1，首次放電比容量約為130mAh g^-1。但當截止電壓高于4.0V時，鈉離子嵌入和脫出過程存在較大程度的不可逆性并且容量衰減嚴重。

因此，有必要對O3相結(jié)構(gòu)的鈉離子電池正極材料進行改性，解決當截止電壓高于4.0V時可逆容量和循環(huán)性能低的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種O3型鈉離子電池正極材料及其制備方法，其目的是為了對O3型鈉離子電池正極材料進行改性，合成鎳、錳、鐵、鋁多元層狀正極材料，改善其在高截止電壓下的可逆容量和循環(huán)性能。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種O3型鈉離子電池正極材料，所述正極材料組成為Na(Ni_xMn_yFe_z)_1-αAl_αO₂，其中0<x<1，0<y<1，0<z<1，且x+y+z＝1；0<α<0.5。

優(yōu)選地，所述正極材料為片狀結(jié)構(gòu)，片徑為1～5μm，厚度為0.5～1.0μm。

本發(fā)明還提供一種O3型鈉離子電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將鎳、錳、鐵、鋁的金屬鹽配制成前驅(qū)體溶液；

(2)將步驟(1)所得前驅(qū)體溶液進行噴霧熱解，得到粉體產(chǎn)物；

(3)將步驟(2)所得粉體材料與鈉鹽混合均勻，再進行壓片和高溫燒結(jié)，得到O3型鈉離子電池正極材料。

優(yōu)選地，步驟(1)中所述金屬鹽為氯鹽、硝酸鹽、乙酸鹽和硫酸鹽中的一種或幾種的混合物。