一种铜基层状氧化物材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种铜基层状氧化物材料，分子式为Na

【技术实现步骤摘要】
一种铜基层状氧化物材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，具体涉及一种铜基层状氧化物材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]电化学储能材料包括锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池和超级电容器等。目前的锂离子电池收到锂资源的限制。全球锂资源储量有限，70％的锂资源分布在南美洲。目前中国锂进口量是世界第一。相对于锂，钠元素在地球上含量高，分布广泛。正极材料是制约钠离子电池性能的关键因素之一。目前对锂离子电池正极材料的研究主要集中在提高材料的放电比容量、倍率性能和循环性能。
[0003]现有研究表明，对于锂离子电池，对制备原料中的一些杂质的含量要求比较高。一方面是购买纯度高杂质低的原料，另一方面只能对这些原料进行处理，需要额外的设备和工艺，增加了成本。专利CN201710747230.8一种低硫高振实密度的镍钴锰三元前驱体的制备方法，是基于硫含量对于电极性质的的影响；专利CN202011618571.3一种降低正极材料前驱体中钠离子和硫酸根离子含量的生产系统和生产方法，则是基于钠离子和硫酸根离子含量对于电极性质的的影响。相对于比较成熟的锂离子电池的研究，钠离子电池研究相对比较较少，对于杂质离子的影响主要是借鉴锂离子电池的相关研究。对于钠离子电池正极来说，各种杂质的影响包括材料的稳定性、制备步骤条件的要求和是否适合大规模生产，是钠离子电池的生产和应用的基础。但是目前这些针对钠离子电池正极的相关研究还是较少。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的研究人员研究了各种杂质的含量对于铜基层状氧化物材料这种钠离子电池正极材料，系统考察了制备铜基层状氧化物材料的各原料中的杂质对于制备的电极正极片的性能的影响，发现了对于氧化铜、氢氧化镍、氧化铁、四氧化三锰中的杂质金属离子和氯离子以及硫酸根离子的含量的显著影响，这些杂质的含量与铜基层状氧化物材料的中组分、含量以及制备方法息息相关。本专利技术的研究人员发现了特定的组分和含量的铜基层状氧化物材料在一些制备方法过程中对杂质含量的要求大大的降级，本专利就是基于这些研究和发现。
[0005]本专利技术提出了一种特定分子式的铜基层状氧化物材料以及制备方法，其稳定性强，对于原料中各杂质金属离子和氯离子以及硫酸根离子的含量要求低，制备步骤条件的要求宽泛，适合大规模生产。
[0006]本专利技术的第一方面在于公开了一种铜基层状氧化物材料，分子式为Na
1+x
Cu
y
M
h
Mn
k
O
1+i
，其中，M为过渡金属元素和稀土金属元素中的一种或多种，0.01≤x≤0.05，0.05≤y≤0.15，0.22≤h≤0.74，0.3≤k≤0.4，0.90≤i≤1.30。
[0007]在一些优选的实施方式中，所述M为Sc、Y、La、Nd、Ce、Ni和Fe中的一种或两种。
[0008]在一些优选的实施方式中，其中0.02≤x≤0.04，0.09≤y≤0.12，0.32≤h≤0.64，0.3≤k≤0.4，0.10≤i≤1.15。
[0009]在一些优选的实施方式中，所述M为Ni和Fe，分子式为Na
1+x
Cu
y
Ni
h1
Fe
h2
Mn
k
O
1+i
，其中，0.18≤h1≤0.25，0.30≤h2≤0.35。
[0010]在一些优选的实施方式中，分子式为Na
1.03
Cu
0.10
Ni
0.22
Fe
0.32
Mn
0.35
O2。
[0011]本专利技术的第二方面在于公开第一方面所述的铜基层状氧化物材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S01，取碳酸钠、氧化铜、过渡金属元素和/或稀土金属元素的氧化物和四氧化三锰，加入非极性的高沸点溶剂，混合；优选所述过渡金属元素和/或稀土金属元素的氧化物为氢氧化镍和氧化铁；
[0013]S02，球磨；
[0014]S03，干燥，煅烧，球磨，得到所述铜基层状氧化物材料。
[0015]在一些优选的实施方式中，S01中，加入1
‑
2倍(v/w)的非极性的高沸点溶剂，优选所述非极性的高沸点溶剂为NMP。
[0016]在一些优选的实施方式中，S02中，1000
‑
2000rpm球磨20
‑
30h，其中，磨球直径为3
‑
10mm，磨球与原料质量比为(1
‑
5):1。
[0017]在一些优选的实施方式中，S03中，在180
‑
220℃干燥0.5
‑
2h。
[0018]在一些优选的实施方式中，S03中，以150
‑
250℃/h的速度升温至1000
‑
1200℃，煅烧12
‑
18h。
[0019]在一些优选的实施方式中，S03中，1000
‑
2000rpm球磨12
‑
24h，其中，磨球直径为3
‑
10mm，磨球与原料质量比为(1
‑
5):1。
[0020]在一些优选的实施方式中，原料中总的金属杂质含量大于60ppm，氯离子含量大于70ppm，硫酸根含量大于700ppm，优选为总的金属杂质含量60
‑
200ppm，氯离子含量70
‑
180ppm，硫酸根含量大于700
‑
1500ppm。
[0021]在一些优选的实施方式中，原料中总的金属杂质含量大于110ppm，氯离子含量大于110ppm，硫酸根含量大于1100ppm，优选为总的金属杂质含量110
‑
160
[0022]ppm，氯离子含量110
‑
150ppm，硫酸根含量700
‑
1300ppm。
[0023]在一些优选的实施方式中，所述煅烧的升温速度通过以下公式确定：
[0024][0025]其中，C
标
为升温速度计量标准，为100℃/h，T为目标温度，T0为初始温度
[0026]K1和K2位为调节系数，分别为1.6
‑
2.0和2.5
‑
3.4。
[0027]本专利技术的第三方面在于公开第一方面所述的铜基层状氧化物材料钠离子电池正极材料中的应用。
[0028]本专利技术的有益效果：
[0029](1)本专利技术的制备方法得到铜基层状氧化物材料，性能优异；本专利技术的制备方法参
数范围广泛，得到的铜基层状氧化物材料性能无显著差异。
[0030](2)本专利技术的制备方法得到铜基层状氧化物材料，对于原料中的金属杂质含量、氯离子含量、硫酸根含量要求宽松，减少了对原料的限制和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基层状氧化物材料，其特征在于，分子式为Na
1+x
Cu
y
M
h
Mn
k
O
1+i
，其中，M为过渡金属元素和稀土金属元素中的一种或多种，0.01≤x≤0.05，0.05≤y≤0.15，0.22≤h≤0.74，0.3≤k≤0.4，0.90≤i≤1.30。2.根据权利要求1所述的铜基层状氧化物材料，其特征在于，所述M为Sc、Y、La、Nd、Ce、Ni和Fe中的一种或两种。3.根据权利要求1或2所述的铜基层状氧化物材料，其特征在于，其中0.02≤x≤0.04，0.09≤y≤0.12，0.32≤h≤0.64，0.3≤k≤0.4，0.10≤i≤1.15。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的铜基层状氧化物材料，其特征在于，所述M为Ni和Fe，分子式为Na
1+x
Cu
y
Ni
h1
Fe
h2
Mn
k
O
1+i
，其中，0.18≤h1≤0.25，0.30≤h2≤0.35。5.根据权利要求1
‑
4任一所述的铜基层状氧化物材料，其特征在于，分子式为Na
1.03
Cu
0.10
Ni
0.22
Fe
0.32
Mn
0.35
O2。6.一种根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡铭昌，谭玉明，陈锦军，陈永坤，尹江英，薛建军，
申请(专利权)人：广州鹏辉能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：