一种正极材料及其制备方法、钠离子电池技术

本申请提供了一种正极材料及其制备方法、钠离子电池，使得正极材料具备空气稳定性的同时，克容量也得以提升。该正极材料包括：内层材料和包覆所述内层材料的包覆层；所述内层材料的分子通式为：Na

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及其制备方法、钠离子电池


[0001]本申请涉及钠离子电池
，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、钠离子电池。

技术介绍

[0002]随着环境友好理念深化、人民生活水平的提升，当前锂离子电池已不能满足人们的使用需求。与此同时，锂元素存在着分布量少且不均匀的问题。为此，元素周期表中与锂位于同一主族的钠，因具备与锂相似的物理化学性质，且储量丰富的特点而进入人们的视线；这其中钠离子正极材料是钠离子电池的重点研究对象之一。
[0003]目前，钠离子电池的正极材料包括聚阴离子类、过渡金属氧化物类、普鲁士白、有机材料等。其中，过渡金属氧化物类具备便于制备、无毒、无害、且成本低的特点。但这类材料存在空气稳定性差的问题，即，容易与空气中的水(H2O)和二氧化碳(CO2)反应生成不具备电化学活性的碳酸钠(Na2CO3)和氢氧化钠(NaOH)，使得钠离子正极材料的容量下降，且在制备相应电池时不易涂布。尽管现有技术通过将金属氧化物(例如，氧化锆、氧化镁)，磷酸盐、或者碳材料作为包覆层对前述钠离子正极材料的空气稳定性进行改善，但因包覆层不具备电化学活性而存在降低钠离子正极材料容量的问题。现有技术中仍然缺乏一种空气稳定性良好且克容量高的钠离子正极材料。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种正极材料及其制备方法、钠离子电池，使得正极材料具备空气稳定性的同时克容量得以提升，从而在应用于钠离子电池中时，提升钠离子电池的容量。
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种正极材料，包括：
[0006]内层材料和包覆所述内层材料的包覆层；所述内层材料的分子通式为：Na
m
Ni
u
Fe
v
Mn
w
O2，所述包覆层为Na
n
Mn2‑
n
‑
x
‑
y
Ru
x
Sn
y
O2；其中，0.7＜m≤1，0.11≤u≤0.44，0.11≤w≤0.44，0.11≤v≤0.66，u+v+w＝1，1.10≤n≤1.20，x≥0，y≥0，0.05≤x+y≤0.2。
[0007]上述正极材料因包覆层的存在，可使其内层材料不与空气中水和/或二氧化碳接触，从而使得正极材料空气稳定性。同时，包覆层为富钠材料，所以可在充电
‑
放电过程中提供更多的活性物质(Na
+
)用以脱出、嵌入，从而提升正极材料的容量。更进一步来说，本申请实施例所提供的正极材料的包覆层中由于过渡金属原子锡(Sn)和钌(Ru)元素的存在可调节氧(O)的局部配位，有益于更多的氧原子在正极材料的充电
‑
放电过程中参与氧化还原反应，以使更高比例(即脱出、嵌入数量与未参与脱出嵌入数量之比)的Na
+
脱出、嵌入，从而使得正极材料的克容量得以显著提升。
[0008]一种可能的实施方式，所述包覆层的质量为所述内层材料的质量的0.3％
‑
0.8％。
[0009]一种可能的实施方式，所述正极材料的比表面积为0.75
‑
0.85g/m2。
[0010]一种可能的实施方式，所述正极材料的松装密度为0.8
‑
0.95g/cm3；所述正极材料的振实密度为1.65
‑
1.80g/cm3。
[0011]一种可能的实施方式，所述正极材料在2
‑
4.2V电压窗口下的克容量为120
‑
170mAh/g。
[0012]一种可能的实施方式，所述正极材料的容量保持率为85％
‑
95％；其中，所述容量保持率为包括所述正极材料的全电池在2
‑
4.2V，1C条件下充电
‑
放电第20次的容量和第1次的容量之间的比值。
[0013]第二方面，本申请实施例提供一种如第一方面及任一种可能的实施方式所述正极材料的制备方法，包括：
[0014]对包括锡源和/或钌源，及钠源、锰源的第一混合物进行第一烧结处理，以得到对应于正极材料的包覆层的第一烧结产物；并对包括钠源、镍源、铁源和锰源的第二混合物，或者，对包括钠源和前驱体的第三混合物进行第二烧结处理，以得到对应于正极材料的内层材料的第二烧结产物；其中，所述第一烧结处理的第一烧结温度和所述第二烧结处理的第二烧结温度各自独立地在900
‑
1000℃温度条件下进行；
[0015]对所述第一烧结处理产物和所述第二烧结处理产物的混合物在450
‑
750℃温度条件下进行第三烧结处理，得到正极材料。
[0016]一种可能的实施方式，所述第三烧结处理的烧结温度可以为500℃。
[0017]一种可能的实施方式，所述第一烧结处理产物和所述第二烧结处理产物的混合物中，所述第一烧结处理产物的质量为所述第二烧结处理产物的质量的0.3％
‑
0.8％。
[0018]一种可能的实施方式，所述第一烧结处理的第一烧结时间和所述第二烧结处理的第二烧结时间各自独立地选自：10
‑
15h，所述第三烧结处理的第三烧结时间为5
‑
10h。
[0019]一种可能的实施方式，所述第一烧结时间和第二烧结时间均为12h，所述第三烧结时间为7h。
[0020]一种可能的实施方式，第一烧结温度和第二烧结温度为930℃。
[0021]一种可能的实施方式，第一烧结处理的第一升温速率和第二烧结处理的第二升温速率各自独立地在1
‑
5℃/min条件下进行，所述第三烧结处理的第三升温速率为1
‑
5℃/min。
[0022]一种可能的实施方式，所述第一升温速率、所述第二升温速率、所述第三升温速率均为2℃/min。
[0023]第三方面，本申请实施例提供一种钠离子电池，包括：
[0024]如第一方面及任一种可能的实施方式所述的正极材料，或如第二方面及任一种可能的实施方式所述方法制备得到的正极材料。
附图说明
[0025]图1为本申请实施例提供的合成实施例1的电镜扫描图；
[0026]图2为本申请实施例提供的合成实施例2的电镜扫描图；
[0027]图3为本申请实施例提供的合成对比例1的电镜扫描图；
[0028]图4为本申请实施例提供的合成实施例1和合成对比例1的X射线衍射图谱比对图；
[0029]图5为本申请实施例提供的器件实施例1、器件对比例1的容量测试数据图；
[0030]图6为本申请实施例提供的器件实施例2
‑
3、器件对比例2的循环性能测试图。
具体实施方式
[0031]针对现有技术中缺乏一种空气稳定性良好，且克容量低的钠离子正极材料，本申请实施例提供一种正极材料，该正极材料包括内层材料(Na
m
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，包括：内层材料和包覆所述内层材料的包覆层；所述内层材料的分子通式为：Na
m
Ni
u
Fe
v
Mn
w
O2，所述包覆层为Na
n
Mn2‑
n
‑
x
‑
y
Ru
x
Sn
y
O2；其中，0.7＜m≤1，0.11≤u≤0.44，0.11≤w≤0.44，0.11≤v≤0.66，u+v+w＝1，1.10≤n≤1.20，x≥0，y≥0，0.05≤x+y≤0.2。2.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述包覆层的质量为所述内层材料的质量的0.3％
‑
0.8％。3.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的比表面积为0.75
‑
0.85g/m2。4.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的松装密度为0.8
‑
0.95g/cm3；所述正极材料的振实密度为1.65
‑
1.80g/cm3。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料在2
‑
4.2V电压窗口下的克容量为120
‑
170mAh/g。6.如权利要求1
‑
4任一项所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的容量保持率为85％
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李思卿，吕昌晓，袁旭婷，马树灯，王尊志，刘瑞，陈明峰，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：