本技术属于钠离子电池领域,公开了一种钠离子电池磷酸钛锰钠正极材料的改性制备方法,包括:S1、称取金属离子螯合剂配制溶液Ⅰ;S2、称取锰源、钛源、钠源,溶解于溶液Ⅰ中得溶液Ⅱ;S3、将Li、Mg或Ca源材料溶于溶液Ⅱ中得溶液Ⅲ;称取磷酸盐配制溶液Ⅳ;S4、将溶液Ⅳ逐滴滴入溶液Ⅲ中;S5、在油浴条件下搅拌,然后干燥、煅烧,即可得到目标的改性磷酸钛锰钠正极材料。本发明通过向磷酸钛锰钠Na<subgt;3</subgt;MnTi(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;正极材料中引入低轨道能级元素Li、Mg或Ca,同时对制备方法进行控制,得到改性磷酸钛锰钠正极材料,构建了Li(Mg、Ca)‑O‑Mn电子构型,实现了反位缺陷的抑制,有利于电化学性能的提升。
背景技术
为适应全球绿色能源和低碳经济发展趋势,钠离子电池(SIBs)因其丰富的天然钠资源和低廉的成本而受到越来越多的关注。正极材料是SIBs重要组成部分,并在很大程度上决定了SIBs电化学性能。因此,必须开发具有快速动力学和高能量密度的正极材料来满足这一日益增长的需求。钠超离子导体(NASICON)磷酸盐因安全性高、结构稳定性好等优点,成为具有前景的SIBs正极材料。磷酸钛锰钠(Na3
MnTi(PO4
)3
)作为典型的NASICON正极材料,在1.5-4.3V电压范围内,伴随Mn4+/3+
(≈4.0V vs Na+/Na)、Mn3+/2+
(≈3.6V vs Na+/Na)和Ti4+/3+
(≈2.1V vs Na+/Na)的氧化还原对,可实现多电子转移,从而获得178mAh g-1
高理论比容量。Na3
MnTi(PO4
)3
(NMTP)是由PO4
四面体和MO6
(M代表过渡金属元素,即,Ti元素和Mn元素)八面体共角形成三维开框架构型,Na+
处于两个独立的Na位点,即(Na1,晶面取向为6b)和(Na2,晶面取向为18e),使得它们具有不同的Na+
配位环境,并且在充放电过程中Na+
离子倾向于从Na2位点可逆地提取并插入。
然而,Na3
MnTi(PO4
)3
正极材料迄今为止仍有几个难题亟需解决,由于Na3
MnTi(PO4
)3
框架中存在相当多的Na空位,Mn2+
易占据这些空位,形成反位缺陷。Mn2+
的越位占据不仅会阻碍Na2-Na1-Na2的扩散路径,增加Na+
扩散势垒,而且还会破坏晶体完整性,同时影响电子电导率和离子扩散能力,最终导致NMTP发生严重电压滞后和容量快速损失。
实现思路