正极材料及其制备方法、电池技术

本申请涉及钠离子电池技术领域，特别是涉及一种正极材料及其制备方法、电池。用于解决相关技术中钠离子电池正极材料容量衰减较严重，无法进行有效利用的问题。一种正极材料，正极材料的通式为A

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法、电池


[0001]本申请涉及钠离子电池
，特别是涉及一种正极材料及其制备方法、电池。

技术介绍

[0002]钠离子电池最早在20世纪80年代初出现，随后，由于锂离子电池的性能更为优异，钠离子电池的研究一度停滞。然而，随着如今动力电池领域的需求越来越大，锂离子电池的材料在地球上的储量有限，价格昂贵，寻找锂离子电池的后备材料迫在眉睫。
[0003]钠元素在地球上资源储量高，分布广泛，价格便宜，在某些低成本汽车，大型储能电站等场景中表现出了巨大的潜力。目前的钠离子电池正极材料主要有过渡金属层状氧化物，如锰酸钠、钴酸钠、镍酸钠及其衍生物，以及橄榄石、磷铁矿钠型磷酸铁钠及其衍生物等。
[0004]这些层状氧化物一般可以分为O3型结构和P2型结构两类。然而目前的层状氧化物在电化学循环过程中，由于片层的滑动，都会经历一系列的相变，特别是氧化物中的氧化物离子的氧化导致部分氧损失，导致材料结构不可逆相变(如O3～P2相变)，最终带来容量衰减，如何抑制电化学循环过程中的不可逆相变成为钠离子电池正极材料目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]基于此，本申请提供一种正极材料及其制备方法、电池，以解决相关技术中钠离子电池正极材料容量衰减较严重，无法进行有效利用的问题。
[0006]本申请的第一方面，提供了一种正极材料，正极材料的通式为A
x
BO2；
[0007]其中，A位点元素包括Na和掺杂元素X，掺杂元素X选自K、Ca、Fe、Mg和Li中的一种或几种；
[0008]B位点元素包括Mn；
[0009]其中，0.5≤x≤1。
[0010]在第一方面的一种可能的实施方式中，A位点元素中，Na元素与掺杂元素X的摩尔比为0.67:(0.005～0.05)。
[0011]在第一方面的一种可能的实施方式中，B位点元素还包括掺杂元素Y，掺杂元素Y选自Ni、Cu、Mg、Al和V中的一种或几种。
[0012]在第一方面的一种可能的实施方式中，B位点元素中，掺杂元素Y的摩尔占比小于或等于0.6。
[0013]在第一方面的一种可能的实施方式中，正极材料的化学式为Na
0.67
Ca
z
Fe
a
Co
b
Mn
(1
‑
a
‑
b)
O2，z为0.005～0.05，a为0～0.2，b为0～0.2。
[0014]第二方面，本申请提供一种正极材料的制备方法，包括：
[0015]取包含A位点元素、B位点元素和O元素的制备原料，采用溶胶凝胶法制备正极材料；正极材料的通式为A
x
BO2；其中，A位点元素包括Na和掺杂元素X，掺杂元素X选自K、Ca、Fe、
Mg和Li中的一种或几种；B位点元素包括Mn；其中，0.5≤x≤1。
[0016]在第二方面的一种可能的实施方式中，包含A位点元素、B位点元素和O元素的制备原料包括：A位点元素中各元素的乙酸盐、硝酸盐、硫酸盐和氯盐中的一种或几种，以及B位点元素中各元素的乙酸盐、硝酸盐、硫酸盐和氯盐中的一种或几种。
[0017]在第二方面的一种可能的实施方式中，采用溶胶凝胶法制备所述制备材料，包括：
[0018]将包含有所述A位点元素、B位点元素和O元素的制备原料制备成混合溶液；
[0019]对混合溶液进行加热并搅拌处理，制备成凝胶；
[0020]对凝胶进行干燥、研磨得到前驱体；
[0021]对前驱体进行预烧；
[0022]对预烧后的前驱体进行煅烧，研磨得到正极材料。
[0023]在第二方面的一种可能的实施方式中，对凝胶进行干燥的温度为100～160℃，时间为10～20h。
[0024]在第二方面的一种可能的实施方式中，预烧的气氛为空气或氧气，预烧的温度为350～600℃，时间为4～6h。
[0025]在第二方面的一种可能的实施方式中，煅烧的温度为800～980℃，时间为15～18h。
[0026]第三方面，本申请提供一种钠离子电池，包括：
[0027]正极极片，正极极片包括如第一方面所述的正极材料。
[0028]在本申请提供的正极材料中，由于掺杂元素X选自K、Ca、Fe、Mg和Li中的一种或几种，而这些掺杂元素离子与钠离子有相似的离子半径，因此，可以将这些掺杂元素的离子掺杂到钠离子位点，得到的正极材料可以有效抑制钠离子电池在电能循环过程中的不可逆相变，并且，通过测试发现，由此得到的正极材料在应用于钠离子电池时，可以有效抑制钠离子电池容量衰减，提高钠离子电池的循环稳定性和倍率性能。
附图说明
[0029]图1为实施例1提供的正极材料的XRD图谱；
[0030]图2为实施例1提供的正极材料的扫描电子显微镜图像；
[0031]图3为实施例1提供的正极材料制备的电池的首次充放电测试图；
[0032]图4为实施例1提供的正极材料制备的电池的倍率性能测试图；
[0033]图5为实施例1提供的正极材料制备的电池的循环性能测试图。
具体实施方式
[0034]为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
[0035]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相
关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0036]以下结合具体实施例对本申请作进一步详细的说明。本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请公开内容理解更加透彻全面。
[0037]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
[0038]本申请中，“一种或几种”指所列项目的任一种、任两种或任两种以上。其中，“几种”指任两种或任两种以上。
[0039]本申请中，所使用的“其组合”、“其任意组合”、“其任意组合方式”等中包括所列项目中任两个或任两个以上项目的所有合适的组合方式。
[0040]本申请中，“优选”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本申请保护范围的限制。
[0041]本申请中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
[0042]本申请中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料的通式为A
x
BO2；其中，A位点元素包括Na和掺杂元素X，所述掺杂元素X选自K、Ca、Fe、Mg和Li中的一种或几种；B位点元素包括Mn；其中，0.5≤x≤1。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述A位点元素中，Na元素与掺杂元素X的摩尔比为0.67：(0.005～0.05)。3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述B位点元素还包括掺杂元素Y，所述掺杂元素Y选自Co、Fe、Ni、Cu、Mg、Al和V中的一种或几种。4.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述B位点元素中，掺杂元素Y的摩尔占比小于或等于0.6。5.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学式为Na
0.67
Ca
z
Fe
a
Co
b
Mn
(1
‑
a
‑
b)
O2，z为0.005～0.05，a为0～0.2，b为0～0.2。6.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括：取包含A位点元素、B位点元素和O元素的制备原料，采用溶胶凝胶法制备所述正极材料；所述正极材料的通式为A

【专利技术属性】
技术研发人员：唐少青，郑鹏，刘惠君，王红强，郑峰华，
申请(专利权)人：深圳市拓邦锂电池有限公司，
类型：发明
国别省市：