[發明專利]一種鈉離子電池正極材料及其制備方法、鈉離子電池

在審

• 申請號: 202210638824.6
• 申請日: 2022-06-07
• 公開（公告）號: CN115050957A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 范海滿;趙阿龍;曹余良;倪文浩;李郎閣
• 申請（專利權）人: 深圳珈鈉能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/054
• 代理公司: 廣東知產律師事務所 44838
• 代理人: 莫建坤

本發明公開了一種鈉離子電池正極材料及其制備方法、鈉離子電池，正極材料包括活性材料和導電劑，該活性材料的化學通式為Na_x+2y+2M_2?y(PO₄)_x(SO₄)_3?x；其中所述M為Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ca或Mg中的一種或多種；0x≦0.5，0≦y≦0.5；制備方法包括以下步驟：將對應摩爾配比的鈉源、鐵源、硫酸源、磷酸源以及導電劑均勻混合得到前驅體，將前驅體在惰性氣氛中煅燒，制得鈉離子電池正極材料。本發明的鈉離子電池正極材料及其制備方法具有穩定性高、氧化還原電位高、工藝簡單和成本低廉的特點。

技術領域

本發明涉及鈉離子電池技術領域，具體是指一種鈉離子電池正極材料及其制備方法。鈉離子電池。

背景技術

化石能源的大量利用，在帶動經濟發展的同時也造成了嚴重的環境污染，尋找清潔且高效的新能源成為各國關注的焦點。風能、太陽能以及水電的運用無疑是解決能源與環境之間問題的最佳手段。然而，事實已經證明，具有間歇性、地域性等不確定性的新型能源體系無法滿足社會的需求。近年來，二次電池因其具有對環境無污染、技術成熟、操作方便且能量轉化率高等綜合優勢，已經成為解決新型能源存儲的關鍵技術，同時為了解決燃油車對于環境的污染問題，燃油車已逐步被電動汽車所替代。同時，作為車載動力系統的二次電池也正式迎來了它的黃金發展期。二次電池種類豐富，品類不一，如早期電動車所使用的鉛酸電池、3C電子產品所用的鈷酸鋰鋰離子電池、車載電動汽車所用磷酸鐵鋰或三元鋰離子電池、部分儲能電站所用鈉離子電池，此外還有其他用途的鎳氫電池、鎳鎘電池等，但從原料成本、制備工藝、電池性能、能量轉化率以及環境友好性等綜合指標考慮而言，鋰/鈉離子電池無疑是其中最具使用價值的二次電池。近年來，新能源電動汽車的普及帶動了鋰離子電池的飛速發展。然而，全球的鋰資源儲量匱乏且地域分布不均，無法滿足電動汽車全球化的需要，更無法滿足大規模儲能的廉價要求，這勢必會導致生產磷酸鐵鋰所需上游材料碳酸鋰價格飆升，從而增加鋰電制造成本。

鈉離子電池的工作原理和鋰離子電池相似，且鈉資源全球儲量豐富且均勻，開采成本低。目前，關于鈉離子電池的研究主要集中在正極材料，正極材料的性能往往決定著整個電池的電化學性能，開發性能優異的正極材料是解決鈉離子電池規模化應用的前提。

鈉離子電池正極材料可分為三大類：過渡金屬氧化物、普魯士藍類材料以及聚陰離子類。三類材料各有其優缺點。過渡金屬氧化物的比容量很高，但其在充放電過程中，鈉離子的脫嵌會導致結構的不可逆變化，從而影響電極的循環穩定性，這是目前制約過渡金屬氧化物產業化的關鍵問題，然而，從結構的角度去看，層狀過渡氧化物的結構變化很難通過有效的措施來抑制。普魯士藍類材料是一類具有較大框架的鈉電正極材料，常見Mn/Fe/Co基普魯士藍材料具有較高的放電容量以及優異的倍率性能，然而這類材料很難形成較為完整的結構，在其框架結構中往往形成大量的缺陷且被水分子占據。在材料充放電過程中，結構中的結晶水在高電位下分解，并以氣體的形式析出，造成電池鼓脹失效。相比前兩類材料，聚陰離子型鈉電正極材料以其穩定的3D框架結構、優異的電化學性能，無疑是鈉電正極的最佳選擇。聚陰離子型鈉電正極材料種類繁多，其中，研究較多的材料包含Na₃V₂(PO₄)₃，NaVPO₄F等V基磷酸鹽，Na₂FeP₂O₇，Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇，NaFePO₄等Fe基磷酸鹽。盡管V基磷酸鹽具有較高的氧化還原電位(3.4-3.6V)，合適的放電容量，但由于V的毒性問題，V基材料很難實現規模化應用。