一种P2和P3混合相层状氧化物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P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料及其制备方法和应用，其化学式为Na

【技术实现步骤摘要】
一种P2和P3混合相层状氧化物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
，具体涉及一种P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料及其制备与应用。

技术介绍

[0002]煤炭、石油等传统化石燃料的枯竭以及随之带来的环境问题，迫使人们开发新型的清洁能源以及新型的储能技术。在众多储能技术中，锂离子电池由于能量密度高、循环稳定性好等特点，占据了广阔的市场。然而，近年来，随着锂、钴等资源问题日益突出，使得人们不得不去开发锂离子电池的替代品。钠离子电池作为一种锂离子电池的替代品，具有与锂离子电池相似的工作机理，且较锂离子电池具有很大的成本优势，被认为是“最有希望的下一代储能器件”。然而，目前钠离子电池正极材料的性能仍然差强人意，对其市场化造成了阻碍。层状过渡金属氧化物材料具有高的工作电压和比容量以及良好的振实(压实)密度，一直以来都受到了研究人员的广泛关注，然而其循环稳定性依然需要进一步提升。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料及其制备方法，使其具有平均工作电压高、循环稳定性好、倍率性能高的特点。
[0004]本专利技术为实现目的，采用如下技术方案：
[0005]本专利技术首先提供了一种P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料，其化学式为Na
0.67
Ni
0.18
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0.5x
Cu
0.1
Znr/>0.05
Fe
x
Mn
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O2，其中0<x<0.1。
[0006]本专利技术还提供了P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料的制备方法，是采用溶胶
‑
凝胶法制备获得，或采用固相法制备获得，或采用草酸一锅法制备获得。
[0007]采用溶胶
‑
凝胶法制备P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料的步骤为：
[0008]步骤11、将钠源化合物、镍源化合物、铜源化合物、锌源化合物、铁源化合物和锰源化合物按照摩尔比与螯合剂溶解于水中后，加热挥发溶剂，得到凝胶前驱体；
[0009]步骤12、将所述凝胶前驱体干燥后进行研磨，得到前驱体粉末；
[0010]步骤13、将所述前驱体粉末进行两步煅烧，即获得P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料Na
0.67
Ni
0.18
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0.5x
Cu
0.1
Zn
0.05
Fe
x
Mn
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0.5x
O2。
[0011]采用固相法制备P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料的步骤为：
[0012]步骤21、将钠源化合物、镍源化合物、铜源化合物、锌源化合物、铁源化合物和锰源化合物按照摩尔比混合置于球磨罐中球磨，得到混合物粉末；
[0013]步骤22、将所述混合物粉末进行一步煅烧，即获得P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料Na
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Ni
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0.5x
Cu
0.1
Zn
0.05
Fe
x
Mn
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O2。
[0014]采用草酸一锅法制备P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料的步骤为：
[0015]步骤31、将钠源化合物、镍源化合物、铜源化合物、锌源化合物、铁源化合物和锰源化合物按照摩尔比溶解于去离子水和乙醇的混合液中，形成溶液A；将草酸另溶于去离子水和乙醇的混合液中，形成溶液B；随后将溶液B缓慢倒入溶液A中，室温搅拌，得到混合悬浊液；
[0016]步骤32、将所述混合悬浊液静置干燥至溶液完全挥发，得到前驱体，并将前驱体进行研磨，得到前驱体粉末；
[0017]步骤33、将所述前驱体粉末进行两步煅烧，即获得P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料Na
0.67
Ni
0.18
‑
0.5x
Cu
0.1
Zn
0.05
Fe
x
Mn
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O2。
[0018]优选的：
[0019]当采用溶胶凝胶法或草酸一锅法时：所述钠源化合物选自醋酸钠、硝酸钠、草酸钠和柠檬酸钠中的一种或多种；所述镍源化合物选自醋酸镍、硝酸镍、草酸镍、硫酸镍和氯化镍中的一种或多种；所述铜源化合物选自醋酸铜、硝酸铜、草酸铜、硫酸铜和氯化铜中的一种或多种；所述锌源化合物选自醋酸锌、硝酸锌、草酸锌、硫酸锌和氯化锌中的一种或多种；所述铁源化合物选自醋酸铁、硝酸铁、草酸铁、硫酸铁和氯化铁中的一种或多种；所述锰源化合物选自醋酸锰、硝酸锰、草酸锰、硫酸锰和氯化锰中的一种或多种。
[0020]当采用固相法时：所述钠源化合物选自碳酸钠、氢氧化钠、氧化钠、醋酸钠、硝酸钠、草酸钠和柠檬酸钠中的一种或多种；所述镍源化合物选自氧化镍、醋酸镍、硝酸镍、草酸镍和硫酸镍中的一种或多种；所述铜源化合物选自氧化铜、醋酸铜、硝酸铜、草酸铜和硫酸铜中的一种或多种；所述锌源化合物选自氧化锌、醋酸锌、硝酸锌、草酸锌和硫酸锌中的一种或多种；所述铁源化合物选自三氧化二铁、四氧化三铁、醋酸铁、硝酸铁、草酸铁和硫酸铁中的一种或多种；所述锰源化合物选自二氧化锰、三氧化二锰、醋酸锰、硝酸锰、草酸锰和硫酸锰中的一种或多种。
[0021]优选的，在所述溶胶
‑
凝胶法中，所述螯合剂选自柠檬酸、草酸、酒石酸或乙二胺四乙酸。
[0022]优选的，在步骤31中，所述去离子水和乙醇的混合液是由乙醇和去离子水按体积比1～8：1混合而成，所述室温搅拌的时间为4～16h。
[0023]优选的，步骤13或步骤33中，所述前驱体粉末的两步煅烧均在空气气氛下进行，分为第一步煅烧和第二步煅烧；所述第一步煅烧的升温速率为1～10℃/min，升温至350～600℃，保温至有机物充分分解；所述第二步煅烧的升温速率为1～10℃/min，升温至700～1000℃，保温10～24h至形成P2和P3混合相结构。
[0024]优选的，步骤22中，所述混合物粉末的一步煅烧在空气气氛下进行，升温速率为1～10℃/min，升温至700～1000℃，保温10～24h至形成P2和P3混合相结构。
[0025]本专利技术还提供了一种钠离子电池正极片，由正极材料、导电添加剂、粘结剂和溶剂制备而成，所述正极材料选自上述的P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料。
[0026]本专利技术还提供了一种钠离子电池，由正极片、隔膜、有机电解液和负极金属钠组成，所述正极片为上述采用P2和P3混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种P2和P3混合相层状氧化物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
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Ni
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Cu
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Fe
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Mn
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O2，其中0＜x＜0.1。2.一种如权利要求1所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：采用溶胶
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凝胶法制备获得，或采用固相法制备获得，或采用草酸一锅法制备获得。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：采用溶胶
‑
凝胶法制备P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料的步骤为：步骤11、将钠源化合物、镍源化合物、铜源化合物、锌源化合物、铁源化合物和锰源化合物按照摩尔比与螯合剂溶解于水中后，加热挥发溶剂，得到凝胶前驱体；步骤12、将所述凝胶前驱体干燥后进行研磨，得到前驱体粉末；步骤13、将所述前驱体粉末进行两步煅烧，即获得P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料Na
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O2；采用固相法制备P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料的步骤为：步骤21、将钠源化合物、镍源化合物、铜源化合物、锌源化合物、铁源化合物和锰源化合物按照摩尔比混合置于球磨罐中球磨，得到混合物粉末；步骤22、将所述混合物粉末进行一步煅烧，即获得P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料Na
0.67
Ni
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Cu
0.1
Zn
0.05
Fe
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Mn
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O2；采用草酸一锅法制备P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料的步骤为：步骤31、将钠源化合物、镍源化合物、铜源化合物、锌源化合物、铁源化合物和锰源化合物按照摩尔比溶解于去离子水和乙醇的混合液中，形成溶液A；将草酸另溶于去离子水和乙醇的混合液中，形成溶液B；随后将溶液B缓慢倒入溶液A中，室温搅拌，得到混合悬浊液；步骤32、将所述混合悬浊液静置干燥至溶液完全挥发，得到前驱体，并将前驱体进行研磨，得到前驱体粉末；步骤33、将所述前驱体粉末进行两步煅烧，即获得P2和P3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料Na

【专利技术属性】
技术研发人员：章根强，万广林，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：