[發(fā)明專利]一種鈉離子電池錳基多元多位摻雜正極材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210825897.6
• 申請(qǐng)日: 2022-07-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115180652B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐友龍;張凱;王景平;姚向華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/505
• 分類號(hào): H01M4/505;C01G45/12;H01M4/04;H01M10/054
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發(fā)明公開(kāi)一種鈉離子電池錳基多元多位摻雜正極材料及制備方法，將鈉源、錳源、A源、B源、C源、D源、E源、F源和G源加入到分散劑中，超聲后球磨，燒結(jié)即可，A源為鋰源、鉀源、鈣源和鎂源的一種或幾種，B源、C源、D源、E源和F源為鋰源、鉀源、鈣源、鎂源、鋁源、鋅源、銅源、鐵源、鈦源、鋯源、鉿源、釩源、鈮源、鉭源、鉻源、鉬源、鎢源、鈧源、釔源、鑭源和鈰源中五種不同物質(zhì)，B源、C源、D源、E源和F源中的金屬元素為5種不同的價(jià)態(tài)。本發(fā)明中，多元離子的摻雜大大提升了鈉離子電池正極材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使得鈉離子在正極材料中更好的進(jìn)行脫嵌，以便于其結(jié)合和導(dǎo)電，大大提升了其比容量、導(dǎo)電性、循環(huán)穩(wěn)定性等電化學(xué)特性，提高了鈉離子電池的儲(chǔ)能特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)原理、電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用及二次電池電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈉離子電池錳基多元多位摻雜正極材料及制備方法。

背景技術(shù)

近年以來(lái)，鋰離子電池技術(shù)發(fā)展的十分成熟，鋰離子電池規(guī)模大約占到電池市場(chǎng)的70％，擁有巨大的市場(chǎng)前景和發(fā)展前景，然而由于鋰資源在地殼中的含量較少，且分布相對(duì)集中在少數(shù)國(guó)家，因而隨著鋰資源需求量的不斷擴(kuò)大，近些年鋰資源的供應(yīng)量逐年減少且導(dǎo)致鋰離子電池價(jià)格迅速上升，為謀求市場(chǎng)平衡和社會(huì)發(fā)展，鈉離子電池的研究逐步在國(guó)內(nèi)外成為儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，鈉離子電池由于其巨大的優(yōu)勢(shì)而得到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注：鈉在自然界中含量巨大、分布廣泛且較為均勻、價(jià)格低廉，因而具有非常大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；含鈉化合物開(kāi)采容易且品質(zhì)高；鈉離子的氧化還原電位比鋰離子的氧化還原電位約高300mV，所以可以用于分解電勢(shì)更低的電解質(zhì)溶劑、電解質(zhì)鹽和鋁集流體；鈉離子電池憑借其優(yōu)勢(shì)變得更加綠色環(huán)保且符合可持續(xù)發(fā)展原則；鈉和鋰位于同一主族，物理化學(xué)性質(zhì)相似，因而鈉離子電池和鋰離子電池工作原理相似，鋰離子電池的成熟發(fā)展為鈉離子電池的發(fā)展開(kāi)辟了廣闊的道路。因而鈉離子電池也被稱為鋰離子電池最具前景的替代品之一，其也有望成為未來(lái)規(guī)模化儲(chǔ)能的主流電池裝置。

目前受到關(guān)注的鈉離子電池正極材料包括過(guò)渡金屬氧化物、聚陰離子材料、普魯士藍(lán)材料、有機(jī)正極材料等。然而層狀過(guò)渡金屬氧化物以其容量高、制備便捷、性能優(yōu)異等優(yōu)勢(shì)獲得了更多的關(guān)注與研究。第一代鈉離子電池正極材料錳酸鈉(NaMnO₂)由于其安全環(huán)保、價(jià)格低廉、便于合成、可以大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)得到了人們巨大的關(guān)注度和重視，但材料自身的結(jié)構(gòu)特性以及不穩(wěn)定性導(dǎo)致了其比容量低、循環(huán)效率低、導(dǎo)電性差等一系列問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種鈉離子電池錳基多元多位摻雜正極材料及制備方法，該制備方法簡(jiǎn)單且高效，綠色且環(huán)保；正極材料的比表面積大，導(dǎo)電性高，循環(huán)穩(wěn)定性好，該材料能夠制備具有高比容量且循環(huán)性優(yōu)異的鈉離子電池。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種鈉離子電池錳基多元多位摻雜正極材料，該錳基多元多位摻雜正極材料的分子式為(Na_xA_y)[B_iC_jD_kE_lF_mMn_1-i-j-k-l-m](O_2-zG_z)，其中，0.67≤x≤0.8，0.01≤y≤0.3，0.01≤i+j+k+l+m≤0.6，0.01≤z≤0.3；

A為L(zhǎng)i、K、Ca和Mg的一種或幾種，B、C、D、E與F為L(zhǎng)i、K、Ca、Mg、Al、Zn、Cu、Fe、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Sc、Y、La與Ce中五種不同的元素，五種不同元素為5種不相同的價(jià)態(tài)，G為F、Cl與Br中的一種或幾種。

進(jìn)一步的，0.67≤x≤0.7，0.01≤y≤0.2，0.05≤i+j+k+l+m≤0.4，0.01≤z≤0.2。

進(jìn)一步的，0.7≤x≤0.73，0.02≤y≤0.1，0.1≤i+j+k+l+m≤0.2，0.02≤z≤0.1。