[發明專利]一種鈉離子電池高鎳層狀氧化物材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010086561.3
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN113258060B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 胡勇勝;丁飛翔;趙成龍;容曉暉;陸雅翔;陳立泉
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/485;H01M4/131;H01M10/054;C01G53/00
• 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

本發明公開了一種鈉離子電池高鎳層狀氧化物材料及其制備方法和應用，鈉離子電池高鎳層狀氧化物材料的化學通式為Na_xNi_aFe_bMn_cM_d0_2±δ；其中Ni、Fe、Mn為過渡金屬元素，M為對過渡金屬位摻雜取代的元素；在氧化物材料的結構中，過渡金屬位的離子與鄰近的六個氧形成八面體結構，并與八面體配位的NaO₆層交替排布，構成空間群為R?3m的O3型的鈉離子電池高鎳層狀氧化物材料；M具體包括Li⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Al³⁺，B³⁺，Co³⁺，V³⁺，Y³⁺，Ti⁴⁺，Zr⁴⁺，Sn⁴⁺，Mo⁴⁺，Si⁴⁺，Ru⁴⁺，Nb⁵⁺，Sb⁵⁺，Mo⁵⁺，Mo⁶⁺，W⁶⁺中的一種或多種；x，a，b，c，d和2+δ分別為對應元素所占的摩爾百分比，化學通式中各組分滿足電荷守恒和化學計量守恒，并且0.67≤x≤1，0.5≤a＜1，0.01≤b≤0.35，0.01≤c≤0.35，0≤d≤0.3，0≤δ≤0.1。

技術領域

本發明涉及鈉電池材料技術領域，尤其涉及一種鈉離子電池高鎳層狀氧化物材料及其制備方法和應用。

背景技術

鈉離子電池由于其成本低、來源豐富等特點，一直以來被認為是鋰離子電池的有益補充。時至今日，鈉離子電池的相關技術研究已經在學術和工業領域引起了廣泛的關注。開發高容量、高電位的正極材料對于其實際應用是至關重要的。在過去近十年中，提出了氧化物、聚陰離子化合物和普魯士藍類似物等各種正極材料。其中，層狀氧化物材料因其具有優異的電化學性能而得到了廣泛研究。由于鈉離子不同的垛堆方式，鈉基層狀材料通常可以分類為P型和O型。其中，P型是指鈉離子占據三棱柱位置；O型是指鈉離子占據八面體位置。理解這兩種晶體結構潛在的構效關系，將有助于開發更高性能的鈉離子電池材料。

層狀Na_xCoO₂材料在20世紀80年代初提出，早在1981年,Delmas等合成了O3,O'3,P3和P2相的NaxCoO₂，并研究了它們的電化學儲鈉行為。研究發現其比容量多在100-150mAh/g，能量密度多在300-400Wh/kg之間。然而鈷資源高昂的價格成為該體系材料的產業化應用一大障礙。

業內人員對此開發了Ni作為鈉離子電池體系材料，目前常用的是+2價態的鎳基層狀氧化物用作鈉離子電池正極材料。但是其材料的可逆比容量還有進一步提升的空間，并不能滿足業內對更高性能的鈉離子電池材料的需求。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提供一種鈉離子電池高鎳層狀氧化物材料及其制備方法和應用。

有鑒于此，在第一方面，本發明實施例提供了一種鈉離子電池高鎳層狀氧化物材料，化學通式為：Na_xNi_aFe_bMn_cM_d0_2±δ；

其中，Ni、Fe、Mn為過渡金屬元素，M為對過渡金屬位摻雜取代的元素；在氧化物材料的結構中，過渡金屬位的離子與鄰近的六個氧形成八面體結構，并與八面體配位的NaO₆層交替排布，構成空間群為R-3m的O3型的鈉離子電池高鎳層狀氧化物材料；