α-NaFeO2基复合电极材料及其制备方法和应用与流程

本申请属于电极材料，尤其涉及一种α-nafeo2基复合电极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着电动车和规模储能领域的快速发展，围绕资源丰富、高能效及环境友好的新型储能的研究成为国际研究热点。其中，锂离子电池产业链的发展前景明朗，但锂资源紧缺制约了其在规模储能领域的广泛应用。与锂离子电池相比，钠离子电池的能量密度接近，且原料资源更丰富、成本更低，有望在储能系统中得以应用，围绕钠离子电池及其相关材料受到学术界和产业界的广泛关注。

2、层状含钠过渡金属氧化物因其具有较高的理论比容量、工作电压和循环稳定性等优点，对于钠离子电池具有较好的商业应用前景。在层状含钠过渡金属氧化物中，α-nafeo2具有原材料丰富、无毒、低成本的优势，被认为是一种很有前景的正极材料。但是，α-nafeo2电极材料经过充电之后，部分四价铁会自发地回到三价铁状态，致使层状结构发生坍塌，因此导致电化学性能恶化。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种α-nafeo2基复合电极材料及其制备方法和应用，旨在一定程度上解决α-nafeo2电极材料充电之后层状结构发生坍塌，电化学性能恶化的问题。

2、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

3、第一方面，本申请提供一种α-nafeo2基复合电极材料，包括片状导电基材和负载在片状导电基材表面的活性颗粒；活性颗粒包括α-nafexa1-xo2内核和包覆在内核外表面的壳层；其中，a选自与铁元素的离子价态相同的金属元素，0＜x＜1，壳层中包括过渡金属氧化物。

4、本申请α-nafeo2基复合电极材料，包括片状导电基材和负载在片状导电基材表面的活性颗粒，其中，片状导电基材不但能为活性颗粒的均匀负载提供稳定的载体，使得α-nafeo2基活性颗粒以点状的形式均匀分布在片状基材的表面，提高复合电极材料结构和性能的稳定性；而且片状基材具有较好的离子电导率，能够提升钠离子的迁移扩散效率，提供稳定的二维离子导通通道，有效减弱α-nafeo2基复合电极材料应用到电池的极化现象。活性颗粒中包括α-nafexa1-xo2内核和壳层，该α-nafexa1-xo2内核的铁位掺杂有与铁元素的离子价态相同的金属元素a，该掺杂使得复合电极材料在充放电的氧化还原过程中，但铁离子脱嵌时，铁位掺杂的金属元素a可以支撑起α-nafeo2基的层状结构，有效抑制在充放电过程中α-nafeo2基复合电极材料因为铁价态的变化导致层状结构的坍塌，并且掺杂的同价位的金属元素a也有利于提高复合电极材料的比容量。另外，壳层中包括过渡金属氧化物，能够有效缓解α-nafeo2基活性材料在充放电过程中体积形变产生的应力，缓解复合电极材料在充放电过程中的体积膨胀效应，提高复合电极材料的结构和电化学稳定性，有效减弱容量衰减率并提高首次库仑效应。

5、第二方面，本申请提供一种α-nafeo2基复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

6、获取α-nafeo2材料，在α-nafeo2的铁位掺杂金属元素，并在α-nafeo2的外表面制备包括过渡金属氧化物的壳层，形成活性颗粒后，负载到片状导电基材的表面，得到α-nafeo2基复合电极材料；其中，铁位掺杂的金属元素的离子价态与铁元素的离子价态相同。

7、本申请α-nafeo2基复合电极材料的制备方法，获取α-nafeo2材料后，在α-nafeo2的铁位掺杂金属元素，该金属元素的离子价态与铁元素的离子价态相同，不仅能有效抑制在充放电过程中α-nafeo2电极材料因为铁离子脱嵌和价态的变化引起的层状结构的坍塌，而且还能提高复合电极材料的比容量。同时，在α-nafeo2的外表面制备包括过渡金属氧化物的壳层，该壳层能够有效缓解α-nafeo2基活性材料在充放电过程中体积形变产生的应力，缓解复合电极材料在充放电过程中的体积膨胀效应，提高复合电极材料的结构和电化学稳定性，有效减弱容量衰减率并提高首次库仑效应。通过金属元素掺杂和过渡金属氧化物包覆形成的活性颗粒，负载到片状导电基材的表面，得到α-nafeo2基复合电极材料。片状导电基材作为活性颗粒的负载载体，进一步提高了复合电极材料结构和性能的稳定性；而且片状基材具有较好的离子电导率，能够提供稳定的二维离子导通通道，有效减弱α-nafeo2基复合电极材料应用到电池的极化现象。

8、第三方面，本申请提供一种钠离子电池，钠离子电池的正极片中包含有上述的α-nafeo2基复合电极材料或者上述方法制备的α-nafeo2基复合电极材料。

9、本申请钠离子电池的正极片中包含有上述α-nafeo2基复合电极材料，该α-nafeo2基复合电极材料得益于金属元素的掺杂、过渡金属氧化物的包覆、以及片状导电基材提供的负载载体，通过三者结合同时具有结构稳定性好，容量高，充放电循环稳定性好等特性，因而提高了钠离子电池的稳定性和电化学性能。

技术特征：

1.一种α-nafeo2基复合电极材料，其特征在于，包括片状导电基材和负载在所述片状导电基材表面的活性颗粒；所述活性颗粒包括α-nafexa1-xo2内核和包覆在所述内核外表面的壳层；其中，a选自与铁元素的离子价态相同的金属元素，0＜x＜1，所述壳层中包括过渡金属氧化物。

2.如权利要求1所述的α-nafeo2基复合电极材料，其特征在于，所述a选自镍、钒、钛、铌、锆中的至少一种；

3.如权利要求2所述的α-nafeo2基复合电极材料，其特征在于，所述mxene片材的层数为1～3层，单层所述mxene片材的厚度为100nm～300nm；

4.如权利要求1～3任一项所述的α-nafeo2基复合电极材料，其特征在于，所述活性颗粒的粒度d50为500nm～2μm；

5.一种α-nafeo2基复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的α-nafeo2基复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的α-nafeo2基复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述过渡金属源包括钼源、镁源、钛源、铝源中的至少一种；

8.如权利要求7所述的α-nafeo2基复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述钼源包括七水合钼酸铵、四水合钼酸铵、钼酸钠、钼酸、钼酸钙、环烷酸钼、钼蓝中的至少一种；

9.如权利要求6～8任一项所述的α-nafeo2基复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述挥发去除溶剂的步骤在温度为70～100℃的水浴条件下进行；

10.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池的正极片中包含有如权利要求1～4任一项所述的α-nafeo2基复合电极材料或者如权利要求5～9任一项所述方法制备的α-nafeo2基复合电极材料。

技术总结
本申请属于电极材料技术领域，尤其涉及一种α‑NaFeO<subgt;2</subgt;基复合电极材料及其制备方法和应用。其中，α‑NaFeO<subgt;2</subgt;基复合电极材料包括片状导电基材和负载在所述片状导电基材表面的活性颗粒；所述活性颗粒包括α‑NaFe<subgt;x</subgt;A<subgt;1‑x</subgt;O<subgt;2</subgt;内核和包覆在所述内核外表面的壳层；其中，A选自与铁元素的离子价态相同的金属元素，0＜x＜1，所述壳层中包括过渡金属氧化物。本申请α‑NaFeO<subgt;2</subgt;基复合电极材料，得益于金属元素的掺杂、过渡金属氧化物的包覆、以及片状导电基材提供的负载载体，通过三者结合大幅度改善了α‑NaFeO<subgt;2</subgt;基复合电极材料的结构稳定性、循环稳定性和寿命、容量等电化学性能。

技术研发人员：李越珠,屈恋,孔令涌,刘嘉香,梁小英,李铭雅
受保护的技术使用者：佛山市德方纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7