一种可实现快速充放电的钠离子正极材料、其制备方法及钠离子电池技术

本发明专利技术提供了一种可实现快速充放电的钠离子正极材料，具有多层结构，由内至外依次为核心层、中间层和外层；本发明专利技术中的正极材料，从内至外具有有渐变的多层结构，内核部分采用低温烧结，形成缺陷少的紧密的核心结构，可以提高材料的抗压性；中间层采用高温烧结，颗粒间固相反应形成稳定的晶型，通过控制时间控制晶粒尺寸，可以实现需求晶粒尺寸正极的生产。第三层即最外层颗粒表层进行锂盐和钠盐的补充，再次烧结提高材料的首次效率和使用寿命。本发明专利技术还提供一种可实现快速充放电的钠离子正极材料制备方法及钠离子电池。材料制备方法及钠离子电池。

【技术实现步骤摘要】
一种可实现快速充放电的钠离子正极材料、其制备方法及钠离子电池


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，尤其涉及一种可实现快速充放电的钠离子正极材料、其制备方法及钠离子电池。

技术介绍

[0002]钠离子电池具有资源广泛、价格低廉、安全可靠等特点，同时可兼具能量、功率密度等电化学性能指标的要求，适合应用于大规模储能应用，是目前先进储能
的新兴热点。但是钠离子电池正极材料中钠离子半径较大，正极嵌入脱出阻力大，无法适用于大倍率充放电应用需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种可实现快速充放电的钠离子正极材料、其制备方法及钠离子电池，本专利技术中的正极材料具有能量密度高、首效高、可实现倍率充放电的需求。
[0004]本专利技术提供一种可实现快速充放电的钠离子正极材料，具有多层结构，由内至外依次为核心层、中间层和外层；
[0005]所述核心层的化学式为：Na
x1
[Li
y1
(Ni
a1
Fe
b1
Mn
c1
)
z1
]O2式I；0.8≤x1<0.85，0≤y1≤0.05，0.95≤z1≤1；y1+z1＝1；0.15≤a1≤0.4；0.15≤b1≤0.4；0.4≤c1≤0.8；a1+b1+c1＝1；
[0006]所述中间层的化学式为：Na
x2
[Li
y2
(Ni
a2
Fe
b2
Mn
c2
)
z2
]O2式II；0.8≤x2<1，0.03≤y2≤0.07，0.93≤z2≤0.97；y2+z2＝1；0.15≤a2≤0.4；0.15≤b2≤0.4；0.4≤c2≤0.8；a2+b2+c2＝1；
[0007]所述外层的化学式为：Na
x3
[Li
y3
(Ni
a3
Fe
b3
Mn
c3
)
z3
]O2式III；0.8≤x3<1，0.05≤y3≤0.1，0.9≤z3≤0.95；y3+z3＝1；0.15≤a3≤0.4；0.15≤b3≤0.4；0.4≤c3≤0.8；a3+b3+c3＝1。
[0008]优选的，所述可实现快速充放电的钠离子正极材料为O3相材料。
[0009]优选的，所述可实现快速充放电的钠离子正极材料具有式IV所示化学式：
[0010]Na
x
[Li
y
(Ni
a
Fe
b
Mn
c
)
z
]O2式IV；
[0011]其中，0.8≤X<1；y≤0.1；0.9≤z≤1；y+z＝1；0.15≤a≤0.4；0.15≤b≤0.4；0.4≤c≤0.8；a+b+c＝1。
[0012]本专利技术提供如上文所述的可实现快速充放电的钠离子正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]A)将钠源、锂源、镍源、铁源和锰源按照Na
x1
[Li
y1
(Ni
a1
Fe
b1
Mn
c1
)
z1
]O2中的化学计量比混合均匀，在保护性气氛下，进行一次烧结，得到核心层；
[0014]B)按照Na
x2
[Li
y2
(Ni
a2
Fe
b2
Mn
c2
)
z2
]O2的化学计量比补加钠源、锂源、镍源、铁源和锰源，在保护性气氛下，进行二次烧结，得到中间层；
[0015]C)按照Na
x3
[Li
y3
(Ni
a3
Fe
b3
Mn
c3
)
z3
]O2的化学计量比补加钠源、锂源、镍源、铁源和锰源，在保护性气氛下，进行三次烧结，得到可实现快速充放电的钠离子正极材料。
[0016]优选的，所述一次烧结的温度为200～500℃；所述一次烧结的时间为5～10小时。
[0017]优选的，所述二次烧结的温度为600～1500℃，所述二次烧结的时间为2～10小时。
[0018]优选的，所述三次烧结的温度为500～1000℃，所述三次烧结的时间为3～8小时。
[0019]优选的，所述钠源为氢氧化钠，碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、硝酸钠和醋酸钠中的一种或多种；
[0020]所述锂源为氢氧化锂，碳酸锂、氯化锂、硫酸锂、硝酸锂和醋酸锂中的一种或多种；
[0021]所述镍源为氢氧化镍、碳酸镍、硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍、草酸镍中的一种或多种；
[0022]所述铁源为铁粉、氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、氧化铁、氧化亚铁等中的一种或多种；
[0023]所述锰源为氢氧化锰、碳酸锰、硫酸锰、硝酸锰、醋酸锰、草酸锰中的一种或多种。
[0024]优选的，所述保护性气氛为氮气、氦气和氩气中的一种或几种。
[0025]本专利技术提供一种钠离子电池，包括上文所述的可实现快速充放电的钠离子正极材料或上文所述的制备方法制得的可实现快速充放电的钠离子正极材料。
[0026]本专利技术提供了一种可实现快速充放电的钠离子正极材料，具有多层结构，由内至外依次为核心层、中间层和外层；所述核心层的化学式为：Na
x1
[Li
y1
(Ni
a1
Fe
b1
Mn
c1
)
z1
]O2式I；0.8≤x1<0.85，0≤y1≤0.05，0.9≤z1≤1；y1+z1＝1；0.15≤a1≤0.4；0.15≤b1≤0.4；0.4≤c1≤0.8；a1+b1+c1＝1；所述中间层的化学式为：Na
x2
[Li
y2
(Ni
a2
Fe
b2
Mn
c2
)
z2
]O2式II；0.8≤x2<1，0.03≤y2≤0.07，0.9≤z2≤1；y2+z2＝1；0.15≤a2≤0.4；0.15≤b2≤0.4；0.4≤c2≤0.8；a2+b2+c2＝1；所述外层的化学式为：Na
x3
[Li
y3
(Ni
a3
Fe
b3
Mn
c3
)
z3
]O
2 0.8≤x3<1，0.05≤y3≤0.1，0.9≤z3≤1；y3+z3＝1；0.15≤a3≤0.4；0.15≤b3≤0.4；0.4≤c3≤0.8；a3+b3+c3＝1。本专利技术中的正极材料，从内至外具有有渐变的多层结构，内核部分采用低温烧结，形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可实现快速充放电的钠离子正极材料，具有多层结构，由内至外依次为核心层、中间层和外层；所述核心层的化学式为：Na
x1
[Li
y1
(Ni
a1
Fe
b1
Mn
c1
)
z1
]O2ꢀꢀ
式I；0.8≤x1<0.85，0≤y1≤0.05，0.95≤z1≤1；y1+z1＝1；0.15≤a1≤0.4；0.15≤b1≤0.4；0.4≤c1≤0.8；a1+b1+c1＝1；所述中间层的化学式为：Na
x2
[Li
y2
(Ni
a2
Fe
b2
Mn
c2
)
z2
]O2ꢀꢀ
式II；0.8≤x2<1，0.03≤y2≤0.07，0.93≤z2≤0.97；y2+z2＝1；0.15≤a2≤0.4；0.15≤b2≤0.4；0.4≤c2≤0.8；a2+b2+c2＝1；所述外层的化学式为：Na
x3
[Li
y3
(Ni
a3
Fe
b3
Mn
c3
)
z3
]O2ꢀꢀ
式III；0.8≤x3<1，0.05≤y3≤0.1，0.9≤z3≤0.95；y3+z3＝1；0.15≤a3≤0.4；0.15≤b3≤0.4；0.4≤c3≤0.8；a3+b3+c3＝1。2.根据权利要求1所述的可实现快速充放电的钠离子正极材料，其特征在于，所述可实现快速充放电的钠离子正极材料为O3相材料。3.根据权利要求1所述的可实现快速充放电的钠离子正极材料，其特征在于，所述可实现快速充放电的钠离子正极材料具有式IV所示化学式：Na
x
[Li
y
(Ni
a
Fe
b
Mn
c
)
z
]O
2 式IV；其中，0.8≤X<1；y≤0.1；0.9≤z≤1；y+z＝1；0.15≤a≤0.4；0.15≤b≤0.4；0.4≤c≤0.8；a+b+c＝1。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红娜，赵悠曼，
申请(专利权)人：东莞市创明电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：