一种钠离子电池层状氧化物正极材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开一种钠离子电池层状氧化物正极材料，其通式为Na

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池层状氧化物正极材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池材料
，具体为一种钠离子电池层状氧化物正极材料、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]随着1991年索尼公司成功将锂离子电池成功商业化，锂离子电池已经在我们的生产，生活中成为必不可少的一环，广泛的应用于便携电子设备，电动汽车和储能电站等领域。但是地壳中的锂资源很有限，并且分布极度不均衡。锂离子电池的快速发展，必定会伴随着锂资源的快速消耗，生产成本的提高，从而使得我国在储能领域受到限制。因此，对于锂离子电池的替代品，或者补充品的研究变得越来越重要。
[0003]近些年来，由于钠在自然界中储量丰富，分布广泛，与锂处于同一主族，有相似的物理化学性质，并且钠离子电池与锂离子电池有着相似的能量存储机制，使得钠离子电池被许多人认为是锂离子电池有前景的替代品。目前钠离子电池的正极材料主要包括：层状氧化物、普鲁士蓝类化合物、聚阴离子型化合物和有机化合物。其中层状氧化物由于能量密度高，结构简单，易合成而受到了广泛的关注。但是层状氧化物正极材料也存在着许多的问题，如结构不稳定容易发生相变，材料的稳定性差，循环性能较差等。对于材料的能量密度而言，虽然提高充电过程中的截止电压，可以有效的提升钠离子电池的能量密度。但是随着截止电压的提升，材料本身也会面临着一系列的问题产生，如发生不可逆的相变，材料结构的坍塌等，从而使得钠离子电池的循环稳定性堪忧。因为对于如何提高层状氧化物材料的工作电压以及循环稳定性是一个急需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是在于提供一种钠离子电池层状氧化物正极材料、制备方法及应用，用于提升钠离子电池的充电截止电压与放电容量，并通过碳包覆的方法来提升电池的循环稳定性，延长循环寿命，具有很高的实用价值。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种钠离子电池层状氧化物正极材料，其通式为Na
x
Li
a
Ni
b
Al
c
M
d
O2‑
y
F
y
；其中：M为变价金属Mn，Fe，Cu，Co，V，Cr，Zr，Zn中的一种或多种；x，a，b，c，d和y分别为对应元素所占的摩尔百分比，通式中各组分满足电荷守恒和化学计量守恒且0.67<x<2，0<y<0.5；a，b，c，d的关系满足a+b+c+d＝1，其中0<a<1.0；0<b<1.0；0<c<1.0；0≤d<1.0。
[0006]进一步的，上述0.7<x<1.8，0.05<y<0.4。
[0007]进一步的，上0.05<a<0.2，0.2<b<0.8，0.05<c<0.2，0.2<d<0.8。
[0008]本专利技术提供一种钠离子电池层状氧化物正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一、按照化学计量比将钠源、锂源、镍源、铝源和变价金属M源混合；
[0010]步骤二、采用球磨的方式将上述混合的粉末均匀混合，得到混合物粉末，其中球磨时间为3～20h，球磨机转速为200～1000rpm；
[0011]步骤三、将得到的混合物粉末在空气中煅烧并冷却至室温后，得到正极材料的前驱体，其中煅烧温度为500～1500℃，保温时间为5
‑
12h，升温速率为1～10℃/min，降温速率为1～10℃/min；
[0012]步骤四、将正极材料的前驱体均匀分散在聚偏二氟乙烯(PVDF)的溶液中，放入烘箱中将溶剂烘干，烘箱温度为50～200℃，保温时间10
‑
20h；
[0013]步骤五、将步骤四中烘干后的固体研磨成粉，再次在空气中煅烧，冷却至室温即得所述的壳核结构的正极材料。
[0014]进一步的，所述钠源为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氧化钠或硝酸钠中的一种或多种；
[0015]所述锂源为碳酸锂，碳酸氢锂，氢氧化锂，氧化锂或过氧化锂中的一种或多种；
[0016]所述镍源为碳酸镍，氢氧化镍，氧化镍，氧化高镍或硝酸镍中的一种或多种；
[0017]所述铝源为三氧化二铝或氢氧化铝中的一种或多种；
[0018]所述M源为M源的氧化物、M源的氢氧化物或M源的碳酸盐；所述变价金属M具体包括Mn，Fe，Cu，Co，V，Cr，Zr，Zn中的一种或多种。
[0019]本专利技术提供一种钠离子电池的正极极片，包括：集流体、涂覆在集流体上的粘结剂、导电添加剂和所述层状氧化物正极材料，所述粘结剂、导电添加剂和层状氧化物正极材料的比例为1:1:8。
[0020]进一步的，所述集流体为铝箔。
[0021]进一步的，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯(PVDF),羧甲基纤维素钠(CMC)，丁苯橡胶(SBR)或海藻酸钠中的一种或多种。
[0022]进一步的，所述导电添加剂为导电炭黑，乙炔黑，石墨烯，短切碳纤维或碳纳米管中的一种或多种。
[0023]本专利技术还提供一种包含上述正极极片的钠离子电池。
[0024]有益效果：与现有技术相比，本专利技术通过同时掺杂阴阳离子来提升层状氧化物材料的高压性能，促进阴离子氧发生可逆的氧化还原反应，提高电池整体的容量。Ni
2+
本身具有较高的氧化还原电势。在层状氧化物的金属层引进Li
+
和Al
3+
，在高电压下Li
‑
O和Al
‑
O键可以有效的激发氧元素发生可逆的氧化还原反应，同时在氧层中引进F
﹣
，增强材料的电负性，提高变价氧的可逆性。通过将前驱体与PVDF一起煅烧，一步实现F
﹣
的掺杂和碳的包覆。通过碳的包覆，在有效的改善离子和电子传输动力学的同时，增强了材料的结构稳定性，有效的提高了所述高电压层状氧化物的循环稳定性，延长了循环寿命。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1提供的一种钠离子电池在1.5
‑
4.6V的充放电曲线；
[0026]图2为本专利技术对比例1提供的一种钠离子电池在2
‑
4.3V的充放电曲线；
[0027]图3为本专利技术对比例2提供的一种钠离子电池在2
‑
4.0V的充放电曲线；
[0028]图4为本专利技术实施例2提供的一种钠离子电池在1.5
‑
4.5V的充放电曲线。
具体实施方式
[0029]为了便于理解本专利技术，下面将参照附图对本专利技术进行更加全面的描述。本专利技术可
以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池层状氧化物正极材料，其通式为Na
x
Li
a
Ni
b
Al
c
M
d
O2‑
y
F
y
；其中：M为变价金属Mn，Fe，Cu，Co，V，Cr，Zr，Zn中的一种或多种；x，a，b，c，d和y分别为对应元素所占的摩尔百分比，通式中各组分满足电荷守恒和化学计量守恒且0.67<x<2，0<y<0.5；a，b，c，d的关系满足a+b+c+d＝1，其中0<a<1.0；0<b<1.0；0<c<1.0；0≤d<1.0。2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池层状氧化物正极材料，其特征是：0.7<x<1.8，0.05<y<0.4。3.根据权利要求1所述的一种钠离子电池层状氧化物正极材料，其特征是：0.05<a<0.2，0.2<b<0.8，0.05<c<0.2，0.2<d<0.8。4.一种钠离子电池层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、按照化学计量比将钠源、锂源、镍源、铝源和变价金属M源混合；步骤二、采用球磨的方式将上述混合的粉末均匀混合，得到混合物粉末，其中球磨时间为3～20h，球磨机转速为200～1000rpm；步骤三、将得到的混合物粉末在空气中煅烧并冷却至室温后，得到正极材料的前驱体，其中煅烧温度为500～1500℃，保温时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国安，冒泽阳，黄志锋，
申请(专利权)人：苏州德加能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：