一种钠离子电池正极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于电池材料技术领域，具体公开了一种钠离子电池正极材料及其制备方法与应用。本发明专利技术所述的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与应用


[0001]本专利技术涉及电池材料
，尤其涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]在“双碳”背景下，健康有序发展锂离子电池、钠离子电池等新型储能电池尤为重要，目前，急需钠离子电池早些进入市场缓解储能压力。但是，钠离子电池的能量密度相对较低，尽管层状氧化物正极材料有着较高的理论容量，但提高充电截止电压会带来金属溶出、电解液分解等问题，影响材料的循环寿命，需要对其进行必要的包覆改性。
[0003]现有的包覆改性方法多基于前驱体，易存在包覆不均匀的问题，而从原材料出发进行掺杂主要在前驱体侧，锂离子半径较小，使用前驱体和锂源混合易扩散，而钠离子半径较大，与锂相比碱性较高，因此，需要更稳定的层状结构和全方位的包覆层。另外，掺杂并不能解决高压稳定的问题，多步改性需要额外增加工艺步骤，操作繁琐，也会额外增加成本。现有技术包覆后材料容量会有所下降，残碱降低以牺牲容量为代价，现有包覆主要为核壳式岛状或半岛包覆，不易形成均匀包覆层等。
[0004]含高价态非金属元素的化合物稳定性强，具有不易被氧化的特性，该结构与电解液适配度强，包覆在表面不会增加电极副反应且不会阻挡离子迁移通道，有利于保持倍率性能。而金属氧化物与层状氧化物正极具有相似的结构，能够以离子状态深入到材料内部通过烧结形成原位包覆层，减少极化和内部副反应的发生。
[0005]因此，如何提供一种钠离子电池正极材料及其制备方法与应用，形成稳定的层状结构和全方位的钠离子包覆层是本领域亟待解决的难题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种钠离子电池正极材料及其制备方法与应用，解决了钠离子电池的能量密度低的问题。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种钠离子电池正极材料，所述钠离子电池正极材料为Na
x
Cu
y
Fe
z
Mn
a
M
b
O
2+δ
/(Z
c
O
s
+Y
r
XO
t
)，其中，0.6≤x≤1.2，0≤y≤0.4，0≤z≤0.5，0≤a≤0.9，
‑
0.45＜δ＜0.45，且x+2y+3z+3a＜4＜x+2y+3z+4a，0.95≤y+z+a+b≤1.05，r+4≤2t≤r+6，1≤2s/c≤6。
[0009]优选的，所述钠离子电池正极材料为表面修饰的层状结构，金属氧化物Z
c
O
s
和聚阴离子化合物Y
r
XO
t
为表面修饰层，Na
x
Cu
y
Fe
z
Mn
a
M
b
O
2+δ
为被修饰物。
[0010]优选的，所述X元素为Si、S、N、Cl和P中的一种或两种；
[0011]M、Y、Z元素独立的为Mg、Ni、Ca、B、Al、Zr、Ti、W、Mo、Cr、Sr、Y、Cd、Sn、Sb、Ce、Na、Li、K和Ag中的一种或几种。
[0012]优选的，钠离子电池正极材料的pH为11.0～13.0，所述Na
x
Cu
y
Fe
z
Mn
a
M
b
O
2+δ
为O3相或P2相。
[0013]优选的，所述Z元素占钠离子电池正极材料总质量的0.0025～2.00％。
[0014]优选的，所述X元素占钠离子电池正极材料总质量的0.000005～0.5％。
[0015]本专利技术的另一目的是提供一种钠离子电池正极材料的制备方法，将Na源、Cu源、Fe源、Mn源、M源、Z源和Y
r
XO
t
进行混合，然后进行烧结得到钠离子电池正极材料或将Na源、Cu源、Fe源、Mn源和M源进行混合，然后进行烧结，再与Z源和Y
r
XO
t
进行混合，得到钠离子电池正极材料或将Na源、Cu源、Fe源、Mn源、M源和Z源进行混合，然后进行烧结，再与Y
r
XO
t
进行混合，得到钠离子电池正极材料或将Na源、Cu源、Fe源、Mn源、M源和Y
r
XO
t
进行混合，然后进行烧结，再与Z源进行混合，得到钠离子电池正极材料。
[0016]优选的，所述烧结的温度为700～1200℃，升温至烧结温度的升温速率为1～10℃/min，烧结的时间为8～36h。
[0017]本专利技术的再一目的是提供一种钠离子电池正极材料在制备钠离子电池中的应用。
[0018]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]1、本专利技术与传统的钠离子包覆正极材料相比不需要增加任何设备和工艺，仅增加几组投料，方法简单易于推广；
[0020]2.从加工性能上，本专利技术制备的正极材料pH能够降低至11.5以下(pH值的测定方法为：正极材料：蒸馏水＝1:20，磁力搅拌10min，静置5min后测定pH值记为材料pH)，全裸露放置后比表面变化值和钴酸锂相当；空气稳定性大幅度提升，降低运输存储使用成本；
[0021]3.在电化学性能上，本专利技术制备的钠离子电池正极材料倍率性能优异，容量不降低；
[0022]4.本专利技术在在前驱体制备过程引入包覆剂，再烧结形成新包覆层，易于形成全方位的均匀包覆，
[0023]5、本专利技术能够深入基体材料内部形成全方位原位包覆层，包覆更均匀基本不影响材料活性，且包覆层在隔绝电解液的同时具备快速迁移的特点，实现电化学性能零衰减。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0025]图1为实施例1制备得到的钠离子电池正极材料的SEM图；
[0026]图2为实施例2制备得到的钠离子电池正极材料的SEM图；
[0027]图3为实施例3制备得到的钠离子电池正极材料的SEM图；
[0028]图4为实施例4制备得到的钠离子电池正极材料的SEM图；
[0029]图5为对比例1制备得到的钠离子电池正极材料的SEM图；
[0030]图6为对比例2制备得到的钠离子电池正极材料的SEM图；
[0031]图7为对比例3制备得到的钠离子电池正极材料的SEM图；
[0032]图8为对比例4制备得到的钠离子电池正极材料的SEM图；
[0033]图9为实施例1～4和对比例1～4制备得到的钠本文档来自技高网...

【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为Na
x
Cu
y
Fe
z
Mn
a
M
b
O
2+δ
/(Z
c
O
s
+Y
r
XO
t
)，其中，0.6≤x≤1.2，0≤y≤0.4，0≤z≤0.5，0≤a≤0.9，
‑
0.45＜δ＜0.45，且x+2y+3z+3a＜4＜x+2y+3z+4a，0.95≤y+z+a+b≤1.05，r+4≤2t≤r+6，1≤2s/c≤6。2.根据权利要求1所述的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为表面修饰的层状结构，金属氧化物Z
c
O
s
和聚阴离子化合物Y
r
XO
t
为表面修饰层，Na
x
Cu
y
Fe
z
Mn
a
M
b
O
2+δ
为被修饰物。3.根据权利要求2所述的一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述X元素为Si、S、N、Cl和P中的一种或两种；M、Y、Z元素独立的为Mg、Ni、Ca、B、Al、Zr、Ti、W、Mo、Cr、Sr、Y、Cd、Sn、Sb、Ce、Na、Li、K和Ag中的一种或几种。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种钠离子电池正极材料，其特征在于，钠离子电池正极材料的pH值为...

【专利技术属性】
技术研发人员：程斯琪，王建鑫，陈森，岑杰，王伟刚，戚兴国，唐堃，
申请(专利权)人：溧阳中科海钠科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：