一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。所述钠离子电池正极材料的化学式为Na

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]尽管锂离子电池已经被广泛应用于电动汽车等领域，但其也面临一些棘手难题，短期内难以完全解决：锂离子电池中除过正常的充放电反应，还存在很多副反应；锂资源在地壳中分布含量较低，随着用量逐年增加，其价格越来越高，而钠资源在地壳中分布广泛且简单易得，故钠资源成本较低。
[0003]而钠离子电池用于与锂离子电池相似的工作原理以及正极材料。钠离子电池是低成本高安全性储能设施的重要组成部分，开发稳定钠离子电池正极材料是一个亟待解决的问题。
[0004]目前过渡金属钠电池正极材料多采用固相法直接合成，容易出现材料混合不均匀且易出现金属氧化物杂相等问题。P2型由于材料中钠含量较低，因此容量通常偏低，而O3型正极材料虽然钠含量较高，但是通常在空气中难以稳定存在，因此为电池制作制造了困难。
[0005]CN104505507A公开了一种掺Ti的NaFeO2‑
NaNiO2二元正极材料，其通过固相法得到了产品，该文献中通过掺杂Ti，提高了材料的稳定性，但其展示的放电容量较低，且固相法容易出现材料混合不均匀且易出现金属氧化物杂相等问题。
[0006]CN102522553A公开了一种三维框架结构的过渡金属配合物正极材料，展现了优异的循环稳定性，但该正极材料的1C倍率下放电容量只有78mAh/g。其放电容量极低，不利于电池的实际应用。
[0007]如何提升钠离子电池正极材料的结构稳定性和化学稳定性，且同时提升其电化学性能，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的钠离子电池正极材料中前驱体由共沉淀法制得，提高了材料中主元素的均匀分散程度，有利于材料在烧结过程中形成纯相，同时能够较为精确的控制材料的粒径，获得形貌相对较为均一的类球形样品；且掺杂稀土元素，在不改变钠离子电池正极材料晶体结构的基础上，提升了材料的抗氧化性能，能够保证材料在循环过程中抵抗来自于电解液的腐蚀，提高材料的稳定性，进而提升了钠离子电池的电化学性能。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方，本专利技术提供一种钠离子电池正极材料，所述钠离子电池正极材料的化学式为Na
x
Ni
a
Mn
b
M
c
O2，其中，M为稀土元素，0.7＜x＜1.0，0＜a≤0.5，0.5＜b＜1，0<c<0.05，a+b+c＝1；
[0011]所述正极材料包括类球形形貌的二次颗粒，所述二次颗粒由一次颗粒组成。
[0012]例如，所述x可以为0.75、0.8、0.85、0.9或0.95等，所述a可以为0.1、0.2、0.3、0.4或0.5等，所述b可以为0.6、0.7、0.8或0.9等，所述c可以为0.1、0.2、0.3、0.4或0.45等。
[0013]本专利技术中，钠元素的化学计量比＞0.7，其为O3型。其中P2型以及O3型可以简易的通过钠元素的含量来判断。一般来说，分子式中钠离子高于0.67，通常代表材料为O3型正极材料。
[0014]本专利技术所提供的正极材料，元素分布均匀，分散性好，结构稳定，比表面积较大，且没有杂相，二次球形颗粒更有利于提高前驱体材料的表面积，进而有利于前驱体与钠盐以及添加剂进行烧结反应，使反应更为充分，减少杂相产生，且进一步掺入了稀土元素，有效地抵抗了材料充放电过程中电解液对材料的侵蚀，从而提高了材料的电化学性能。
[0015]本专利技术中，稀土元素的摩尔占比(化学计量比)过大，不利于材料保持原有的结晶结构，不利于提高材料的质量比容量，而摩尔占比过小，又难以实现掺杂效果，不能够有效地提高材料的电性能。
[0016]优选地，所述钠离子电池正极材料的中值粒径为3～7μm，例如3μm、4μm、5μm、6μm或7μm等。
[0017]第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的钠离子电池正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0018]将钠盐、镍锰前驱体和掺杂剂以Na
x
Ni
a
Mn
b
M
c
O2的化学计量比的摩尔比进行混合，然后进行烧结，得到所述钠离子正极材料；
[0019]其中，所述镍锰前驱体通过共沉淀法制备得到，所述镍锰前驱体的化学为Ni
n
Mn
m
(OH)2，0＜n≤0.5，0.5＜m＜1，n+m＝1；所述Na
x
Ni
a
Mn
b
M
c
O2中，M为稀土元素，0.7＜x＜1.0，0＜a≤0.5，0.5＜b＜1，0<c<0.05，a+b+c＝1；所述掺杂剂为含稀土元素的化合物。
[0020]本专利技术中，通过共沉淀法制备得到的镍锰前驱体，其粒径可控，且得到了分散性良好的二次球形颗粒，而通过该前驱体，可以进一步得到类球形的正极材料颗粒，提高了材料中主元素的均匀分散程度，有利于材料在烧结过程中形成纯相，同时能够较为精确的控制材料的粒径，获得形貌相对较为均一的类球形样品；且掺杂稀土元素，在不改变钠离子电池正极材料晶体结构的基础上，提升了材料的抗氧化性能，能够保证材料在循环过程中抵抗来自于电解液的腐蚀，提高材料的稳定性，进而提升了钠离子电池的电化学性能。
[0021]优选地，所述镍锰前驱体为类球形形貌的二次颗粒，所述二次颗粒由一次颗粒组成，所述一次颗粒为纳米颗粒。
[0022]优选地，所述镍锰前驱体的中值粒径为3～10μm，例如3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等。
[0023]优选地，所述镍锰前驱体的比表面积为20～100m2/g，例如20m2/g、30m2/g、40m2/g、50m2/g、60m2/g、70m2/g、80m2/g、90m2/g或100m2/g等。
[0024]优选地，所述掺杂剂的中值粒径为10～100nm，例如10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm等。
[0025]本专利技术中，掺杂剂的中值粒径在上述范围内，更有利于与镍锰前驱体和钠盐混合到一起，提高混料的均匀性，而掺杂剂的粒径过大，则不利于材料与掺杂剂充分混合均匀，从而影响最终材料中元素分布的均匀性。
[0026]优选地，所述掺杂剂包括稀土元素氧化物、含稀土元素的盐或稀土元素氢氧化物
中的任意一种或至少两种的组合。
[0027]优选地，所述混合的方法包括球磨和/或干法研磨。
[0028]优选地，所述球磨的转速为300～800rpm，例如300rpm、400rpm、500rpm、600rp本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述钠离子电池正极材料的化学式为Na
x
Ni
a
Mn
b
M
c
O2，其中，M为稀土元素，0.7＜x＜1.0，0＜a≤0.5，0.5＜b＜1，0<c<0.05，a+b+c＝1；所述正极材料包括类球形形貌的二次颗粒，所述二次颗粒由一次颗粒组成。2.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述钠离子电池正极材料的中值粒径为3～7μm。3.根据权利要求1或2所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将钠盐、镍锰前驱体和掺杂剂以Na
x
Ni
a
Mn
b
M
c
O2的化学计量比的摩尔比进行混合，然后进行烧结，得到所述钠离子正极材料；其中，所述镍锰前驱体通过共沉淀法制备得到，所述镍锰前驱体的化学为Ni
n
Mn
m
(OH)2，0＜n≤0.5，0.5＜m＜1，n+m＝1；所述Na
x
Ni
a
Mn
b
M
c
O2中，M为稀土元素，0.7＜x＜1.0，0＜a≤0.5，0.5＜b＜1，0<c<0.05，a+b+c＝1；所述掺杂剂为含稀土元素的化合物。4.根据权利要求3所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述镍锰前驱体为类球形形貌的二次颗粒，所述二次颗粒由一次颗粒组成，所述一次颗粒为纳米颗粒；优选地，所述镍锰前驱体的中值粒径为3～10μm；优选地，所述镍锰前驱体的比表面积为20～100m2/g。5.根据权利要求3或4所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂剂的中值粒径为10～100nm。6.根据权利要求3
‑
5任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思贤，江卫军，李子郯，杨红新，郑晓醒，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：