[發明專利]一種滿足高倍率放電循環性能的鈉離子電池Na2/3

有效

• 申請號: 202010793422.4
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111933942B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 孫嬿;李春生;付俊龍;王莉娜;金奕;吳海濤
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/054
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本發明專利涉及一種滿足高倍率放電循環性能的鈉離子電池Na_2/3Mn_1/2Fe_1/4Co_1/4O₂正極材料的可控調控方法，其以碳酸鈉(分子式為Na₂CO₃)、三氧化二錳(分子式為Mn₂O₃)、三氧化二鐵(分子式為Fe₂O₃)及碳酸鈷(分子式為CoCO₃)為原料，按化學計量比稱量后充分混合，制得前驅體壓密片；采用微波燒結技術合成鈉離子電池Na_2/3Mn_1/2Fe_1/4Co_1/4O₂正極材料。該技術路線具有工藝簡單、反應速度快、產物形貌可控、成本低廉等特點，適用于鈉離子電池正極材料及相關材料的快速可控制備；合成的純相Na_2/3Mn_1/2Fe_1/4Co_1/4O₂材料具有高比容量、良好的循環穩定性及高倍率性能，為提升鈉離子電池的綜合電化學性能提供寶貴依據。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池材料合成與應用領域，特別涉及一種滿足高倍率放電循環性能的鈉離子電池Na_2/3Mn_1/2Fe_1/4Co_1/4O₂正極材料的可控調控方法。

技術背景

隨著自然生態環境的不斷破壞和不可再生資源的日益枯竭，如何高效利用潮汐能、太陽能、生物質能等可再生資源，并開發新型的儲能系統變得非常迫切。鋰離子電池由于具有高比容量、無記憶效應、長壽命等優點而受到廣泛應用；然而，鋰資源儲量有限、地理分布不均，且社會發展對鋰離子電池的需求日益增大，導致鋰離子電池價格不斷上漲，較大程度上阻礙了鋰離子電池在大規模儲能電站領域的發展。鈉離子電池與鋰離子電池具有類似的電池儲能機制，都是通過離子的脫嵌實現化學能向電能的可逆轉化，且鈉資源儲量豐富、成本低廉，而該化學電源系統具有成為下一代大規模儲能電站的應用潛力。

正極材料作為鈉離子電池的重要組成部分，決定著電池的電化學總容量性能與成本。目前，鈉離子電池正極材料主要有聚陰離子化合物磷酸鹽、三元過渡金屬氧化物及有機類材料等；其中三元過渡金屬氧化物采用過渡金屬的摻雜以提高材料循環穩定性和倍率性能。現有的三元過渡金屬氧化物的制備方法有高溫固相法(Jiale Sun，Jianxing Shen，Tailin Wang.J.Alloy.Compd.，2017，709：481-486)、沉淀法(Jang-Yeon Hwang，Seung-Taek Myung，Chong Seung Yoon，et al.Adv.Funct. Mater.，2016，26(44)：8083-8093)、溶膠/凝膠法(Huibo Wang，Rui Gao，Zhengyao Li， et al.Inorg.Chem.，2018，57(9)：5249-5257)等。如在已有研究基礎上開發操作更簡單、效率更高、成本更低的合成技術，勢必將顯著推動三元正極材料的應用進程，對鈉離子電池的低成本規模合成具有重要意義。

值得關注的是，微波燒結技術是具有光明應用前景的合成技術之一。傳統燒結方法主要依靠熱輻射或熱對流，由表及里或由上而下的經層層遞進方式加熱目標反應物，存在加熱速率慢、反應時間長等不足。而微波燒結技術屬于內源型加熱，可對反應物整體進行同時加熱，具有反應時間短、熱能利用率高、加熱溫度均勻、無溫度梯度等優勢；此方法為鈉離子電池三元正極材料可控制備開拓了一條嶄新的途徑。