钠离子电池层状氧化物复合材料及其制备方法、正极片和钠离子电池技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池层状氧化物复合材料，其分子式为M

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池层状氧化物复合材料及其制备方法、正极片和钠离子电池


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体涉及一种钠离子电池层状氧化物复合材料及其制备方法、正极片和钠离子电池。

技术介绍

[0002]在钠离子电池的各种正极材料中，O3相层状氧化物由于其在全电池中可以提供足够的钠、电化学活性高、理论比容量高和易于合成的优点而受到广泛关注。然而，能量密度低和高温稳定性差等问题限制O3相层状氧化物的实际应用。
[0003]因此如何提高O3相层状氧化物正极材料的高温循环性能和能量密度就成为了钠离子电池相关技术中的关键问题之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种钠离子电池层状氧化物复合材料，以改善层状氧化物的高温稳定性，提升钠离子电池的高温循环性能和容量。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：本专利技术第一方面提供了一种钠离子电池层状氧化物复合材料，所述钠离子电池层状氧化物复合材料的分子式为M
x
B
y
/NaNi
a
Fe
b
Mn
c
O2，其中：M为碱金属元素，1≤x,y≤9；0≤a,b,c≤1，且a+b+c=1。
[0006]进一步地，所述钠离子电池层状氧化物复合材料的D50粒径为0.01～25.5 μm；和/或，所述钠离子电池层状氧化物复合材料的比表面积为0.01～47.4 m2/g；和/或，所述钠离子电池层状氧化物复合材料的水含量为0.01%～1.25%。
[0007]本专利技术第二方面提供了一种钠离子电池层状氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1. 在真空或惰性气氛下，将碱金属M粉末与硼粉混合，经过真空热挤压，得到M
x
B
y
化合物；S2. 将M
x
B
y
化合物、NaNi
a
Fe
b
Mn
c
O2粉末混合后，经过热挤压，得到所述钠离子电池层状氧化物复合材料；其中，步骤S1中，1≤x,y≤9；步骤S2中，0≤a,b,c≤1，且a+b+c=1。
[0008]进一步地，步骤S1中，所述碱金属M粉末与硼粉的摩尔比为1～10: 1～6；和/或，所述真空热挤压的温度为1000～1500℃，压力为10～500 Mpa，保温时间为0.5～6 h。
[0009]进一步地，步骤S2中，所述热挤压的温度为700～1200℃，压力为10～500Mpa，保温时间为0.5～48 h；和/或，所述热挤压的升温速率为0.01～10℃/min。
[0010]进一步地，步骤S2中，所述NaNi
a
Fe
b
Mn
c
O2粉末的一种制备方法为：a. 将钠盐与金属盐混合，搅拌均匀；所述金属盐包括镍盐、铁盐和锰盐中的至少一种；b. 将步骤a得到的混合物进行烧结处理，得到所述NaNi
a
Fe
b
Mn
c
O2粉末；其中，步骤a中，所述钠盐包括氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、硫酸氢钠、硝酸钠、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、硫化钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硝酸钠、氯酸钠、高铁酸钠、氟化钠、溴化钠、碘化钠中的至少一种；和/或，所述镍盐包括氧化镍、硫酸镍、氯化镍、氨基磺酸镍、溴化镍、羰基镍中的至少一种；和/或，所述铁盐包括氧化亚铁、氧化铁、硫酸铁、氯化铁、硝酸铁、草酸亚铁中的至少一种；和/或，所述锰盐包括氧化锰、高锰酸钾、锰酸钾中的至少一种；和/或，所述钠盐与金属盐的摩尔比为0.05～1.25 : 0.01～1。
[0011]进一步地，所述NaNi
a
Fe
b
Mn
c
O2粉末的另一种制备方法为：c. 将钠盐与前驱体盐混合，搅拌均匀；d. 将步骤c得到的混合物进行烧结处理，得到所述NaNi
a
Fe
b
Mn
c
O2粉末；其中，所述钠盐包括碳酸钠、氢氧化钠、氧化钠、过氧化钠、磷酸钠、硫酸钠、磷酸二氢钠、硫酸二氢钠、苯酚钠中的至少一种；和/或，所述前驱体盐包括氧化镍、氧化锰、氧化铁、氧化镍铁、氧化锰铁、氧化镍锰、氧化镍铁锰、氢氧化镍、氢氧化铁、氢氧化锰、氢氧化镍铁、氢氧化锰铁、氢氧化镍锰、氢氧化镍铁锰中的至少一种；和/或，所述钠盐与前驱体盐的摩尔比为0.01～1.25 : 0.01～1。
[0012]进一步地，步骤b和d中，所述烧结的温度为800～1200℃，烧结的时间为0.5～48 h；和/或，所述烧结的升温速率为0.01～10℃/min。
[0013]本专利技术第三方面提供了一种正极片，包括前述的钠离子电池层状氧化物复合材料或由前述的方法制备得到的钠离子电池层状氧化物复合材料。
[0014]本专利技术第四方面提供了一种钠离子电池，包括前述的正极片。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1. 本专利技术的钠离子电池层状氧化物复合材料中，通过引入具有3D框架结构的B
‑
碱金属化合物，其具有良好的机械和热稳定性，其物相和结构能够忍受400℃以上的高温而维持不变，因此可大大优化O3相层状氧化物的高温稳定性，提升改善电池的高温循环性能。
[0016]2. 本专利技术的钠离子电池层状氧化物复合材料中，碱金属的存在产生了“预碱金属化”作用，可提升材料的能量密度，从而提升电池的容量以及首次库伦效率。
附图说明
[0017]图1为真空热挤压设备制备M
x
B
y
材料的简图；图2为实施例1材料Na5B4/ NaNi
0.34
Fe
0.33
Mn
0.33
O2的制备及表征图：图2中a为该材料的制备流程图；图2中b和c为该材料的扫描电镜图(SEM)；图2中d为该材料的透射电镜图
(TEM)；图3为本专利技术实施例1材料Na5B4/ NaNi
0.34
Fe
0.33
Mn
0.33
O2的X射线衍射图(XRD)。
具体实施方式
[0018]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专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本专利技术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，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及／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。
[0019]O3相层状氧化物存在能量密度低、高温稳定性差等问题，限制了其实际应用。目前，现有技术中出现了采用元素掺杂、包覆等手段对O3相层状氧化物进行改性，但这些手段都只能略微改善能量密度，但不能解决其高温稳定性差的问题，特别是在实际应用中与硬碳材料形成的材料体系。
[0020]为了解决层状氧化物存在的上述问题，本专利技术提供了一种层状氧化物的改性方法，通过引入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池层状氧化物复合材料，其特征在于，所述钠离子电池层状氧化物复合材料的分子式为M
x
B
y
/NaNi
a
Fe
b
Mn
c
O2，其中：M为碱金属元素，1≤x,y≤9；0≤a,b,c≤1，且a+b+c=1。2. 根据权利要求1所述的一种钠离子电池层状氧化物复合材料，其特征在于，所述钠离子电池层状氧化物复合材料的D50粒径为0.01～25.5 μm；和/或，所述钠离子电池层状氧化物复合材料的比表面积为0.01～47.4 m2/g；和/或，所述钠离子电池层状氧化物复合材料的水含量为0.01%～1.25%。3.一种钠离子电池层状氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1. 在真空或惰性气氛下，将碱金属M粉末与硼粉混合，经过真空热挤压，得到M
x
B
y
化合物；S2. 将M
x
B
y
化合物、NaNi
a
Fe
b
Mn
c
O2粉末混合后，经过热挤压，得到所述钠离子电池层状氧化物复合材料；其中，步骤S1中，1≤x,y≤9；步骤S2中，0≤a,b,c≤1，且a+b+c=1。4. 根据权利要求3所述的一种钠离子电池层状氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述碱金属M粉末与硼粉的摩尔比为1～10: 1～6；和/或，所述真空热挤压的温度为1000～1500℃，压力为10～500 Mpa，保温时间为0.5～6 h。5. 根据权利要求3所述的一种钠离子电池层状氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述热挤压的温度为700～1200℃，压力为10～500Mpa，保温时间为0.5～48 h；和/或，所述热挤压的升温速率为0.01～10℃/min。6.根据权利要求3所述的一种钠离子电池层状氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述NaNi
a
Fe
b
Mn
c
O2粉末的制备方法为：a. 将钠盐与金属盐混合，搅拌均匀；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王迪，董英男，张继宗，蒋绮雯，司煜，
申请(专利权)人：江苏正力新能电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：