一种聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料及其制备方法。该聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料具有如下化学式：Na

【技术实现步骤摘要】
一种聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于钠离子电池正极材料领域，更具体地，涉及一种聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料，以及该钠离子电池正极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]在过去的三十年间，作为一种绿色高效电源，锂离子电池得到了飞速发展和广泛的研究应用，在分布式微电网中也已经得到了示范应用。然而，随着电动汽车、智能电网时代的真正到来，全球的锂资源将无法满足动力锂离子电池的巨大需求，从而将进一步推高与锂相关的原材料价格，增大电池成本，最终阻碍新能源产业的发展。因此，钠离子电池因资源丰富、价格低廉、安全环保、性能优异等优点在储能领域受到了广泛的研究和关注。钠离子电池有着和锂离子电池相似的储能机理，有望成为大规模储能的最优选择之一。正极材料是当前制约钠离子电池性能的主要瓶颈，也就是“木桶效应”中的短板。
[0003]当前，聚阴离子型钠离子电池正极材料普遍面临的问题是比容量不高，在这种情况下，提高正极材料的工作电压是提升电池能量密度的一个最有效途径。聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料的热力学稳定性普遍较好，结构较为稳定，平均电压高，理论容量可观等显著优点，是一类非常具有应用前景的高电压钠离子电池正极材料。然而，高电压材料面临的问题依然较为突出，如高电压下材料的结构稳定性变差、电解液的分解等，这极大的阻碍了高电压材料的实用化进程。
[0004]因此，一种具有高能量密度、高功率密度、循环性能优异的高电压正极材料是钠离子电池快速发展的迫切需求。

技术实现思路
/>[0005]本专利技术的目的是提供一种聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料及其制备方法。
[0006]本专利技术的第一方面提供一种聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料，该聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料具有如下化学式Na
10
‑
6x
‑
9y
Co
2x
Fe
x
Al
y
Cu
y
Zn
y
Mg
y
(PO4)2P2O7。其中，0<x≤1，0≤y<0.5。
[0007]根据本专利技术的聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料，当x＝0.865，y＝0.1时，该材料的化学式为Na
3.91
Co
1.73
Fe
0.865
Al
0.1
Cu
0.1
Zn
0.1
Mg
0.1
(PO4)2P2O7；当x＝1，y＝0时，该材料的化学式为Na4Co2Fe(PO4)2P2O7；在所述x、y值范围内，该Na
10
‑
6x
‑
9y
Co
2x
Fe
x
Al
y
Cu
y
Zn
y
Mg
y
(PO4)2P2O7(0<x≤1，0≤y<0.5)的化学式均在本专利技术的保护范围内。
[0008]本专利技术的第二方面提供一种聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)按计量比分别称取NaH2PO4·
2H2O、Co(CH3COO)2·
4H2O、FeC2O4
·
2H2O、Al2O3、Cu(CH3COO)2·
H2O、Zn(CH3COO)2·
2H2O、Mg(CH3COO)2·
4H2O、C6H
10
O8·
H2O，研钵中预混合后，转移至玛瑙罐中，加入适量乙醇进行湿磨，球磨后的混合物料经干燥后，得到前驱体粉末，并将所得前驱体粉末进行研磨；
[0010](2)在惰性气体保护下，将步骤(1)得到的前驱体粉末先进行预烧，得到初步热解的前驱体粉末；
[0011](3)将步骤(2)得到的前驱体粉末进行二次研磨，并进行压片处理；
[0012](4)在惰性气体保护下，对步骤(3)压片后的材料进行煅烧，自然冷却至室温，得到所述材料；
[0013]进一步的，步骤(1)中材料预混合转移至玛瑙罐中后，加入适量乙醇。
[0014]更进一步的，步骤(2)中预烧的温度为300
‑
400℃；
[0015]更进一步的，步骤(4)中煅烧的温度为600
‑
900℃。
[0016]根据本专利技术，优选的，所述碳源为C6H
10
O8·
H2O，其添加量为固体原料总质量的5
‑
20％。
[0017]根据本专利技术，优选的，所述干燥温度为60
‑
100℃，时间为5
‑
24h。
[0018]根据本专利技术，优选的，预烧升温速率为3
‑
5℃/min，时间为2
‑
10h；二次煅烧升温速率为1
‑
3℃/min，时间为5
‑
70h。
[0019]根据本专利技术，优选的，所述惰性气体为氩气。
[0020]本专利技术具有以下优点：
[0021]1、本专利技术为钠离子电池正极材料领域提供了一种新型的多金属掺杂得到单一纯相的聚阴离子型高电压材料。
[0022]2、本专利技术的材料没有引入其他高导电性碳源，只进行了原位的有机碳包覆，材料颗粒粒径分布均匀。
[0023]3、本专利技术的材料具有优异的循环稳定性能和大倍率放电性能。
[0024]4、本专利技术的材料具有非常高的充放电平台(4.5V(vs.Na
+
/Na))，在高电压器件上可得到较好的应用。
[0025]5、本专利技术所述的Na
3.91
Co
1.73
Fe
0.865
Al
0.1
Cu
0.1
Zn
0.1
Mg
0.1
(PO4)2P2O7聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料的电化学性能优异，在1C倍率下循环1000圈容量保持率达到94.5％。说明其在高压下具有较好的循环可逆性和结构稳定性，是一种极具竞争力的新一代高电压正极材料。
附图说明
[0026]图1为本专利技术Na4Co2Fe(PO4)2P2O7和Na
3.91
Co
1.73
Fe
0.865
Al
0.1
Cu
0.1
Zn
0.1
Mg
0.1
(PO4)2P2O7聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料的XRD图；
[0027]图2为本专利技术Na4Co2Fe(PO4)2P2O7聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料的SEM图；
[0028]图3为本专利技术Na
3.91
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料，其特征在于，该聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料具有如下化学式：Na
10
‑
6x
‑
9y
Co
2x
Fe
x
Al
y
Cu
y
Zn
y
Mg
y
(PO4)2P2O7。其中，0<x≤1，0≤y<0.5。2.如权利1所述的聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料，其特征在于具有原位碳包覆，所用有机碳源选自柠檬酸、草酸、抗坏血酸、葡萄糖、蔗糖中的至少一种。3.根据权利要求1和2所述的聚阴离子型高电压钠离子电池正极材料，其特征在于，包括如下步骤：(1)按计量比分别称取钠/磷源、钴源、铁源、铝源、铜源、锌源、镁源、碳源，研钵中预混合后，转移至玛瑙罐中，加入适量乙醇进行湿磨，球磨后的混合物料经干燥后，得到前驱体粉末，并将所得前驱体粉末进行研磨；(2)在惰性气体保护下，将步骤(1)得到的前驱体粉末于300
‑
400℃预烧，得到初步热解的前驱体粉末；...

【专利技术属性】
技术研发人员：侴术雷，刘晓浩，李丽，肖遥，刘倩楠，
申请(专利权)人：温州大学碳中和技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：