本发明专利技术公开了一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。所述钠离子电池正极材料包括高熵型层状过渡金属氧化物和包覆在所述高熵型层状过渡金属氧化物表面的固态电解质包覆层；其中，所述高熵型层状过渡金属氧化物的化学式为NaTMO2，TM包括Li、B、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Sn、Sb、Te、Ir和Bi中的至少五种。本发明专利技术的钠离子电池正极材料表现出良好的结构稳定性，在具有较高的比容量的前提下，还表现出优异的长循环性能以及出色的倍率性能。以及出色的倍率性能。
【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及钠离子电池正极材料
，具体涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]目前钠离子电池正极材料主要有过渡金属氧化物(如NaMnO2)、聚阴离子类化合物(如Na3V2(PO4)3)、普鲁士类材料(如Na2Fe2(SO4)3)、非晶态材料等几大类。层状过渡金属氧化物具有离子和电子电导率较高、理论比容量相对较高、结构简单多样、易于制备等优点，使其作为储钠材料具有一定的优势。
[0003]在层状过渡金属氧化物中，O3型Na
x
TMO2由于具有高钠含量，使其具有高的初始容量，以及长循环过程中充足的钠离子供应，但其结构稳定性较差，其仍面临着在长循环过程中结构不稳定，易发生相变、易与电解液发生副反应以及在空气中不稳定等缺点而使钠离子电池存在的容量低、倍率性能差和循环寿命差等问题。
[0004]在研究过程中，人们提出了离子掺杂、取代、包覆来减轻充放电过程中结构的改变程度，提高材料导电性，改善电化学性能。但是，改善效果有限。
[0005]因而有必要提供一种新型的钠离子电池正极材料，以更好地推动钠离子电池的发展和应用。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提出一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。
[0007]为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种钠离子电池正极材料，所述钠离子电池正极材料包括高熵型层状过渡金属氧化物和包覆在所述高熵型层状过渡金属氧化物表面的固态电解质包覆层；
[0009]其中，所述高熵型层状过渡金属氧化物的化学式为NaTMO2，TM包括Li、B、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Sn、Sb、Te、Ir和Bi中的至少五种。
[0010]优选地，TM选自Ni、Cu、Co、Mg、Mn、Ti和Sn中的至少五种，优选为Ti以及Ni、Cu、Co、Mg、Mn和Sn中的至少四种。
[0011]优选地，以所述高熵型层状过渡金属氧化物的摩尔量为基准，Ti的掺杂含量为0.03
‑
0.3，Ni的掺杂含量为0.02
‑
0.35，Cu的掺杂含量为0.01
‑
0.3，Co的掺杂含量为0.05
‑
0.3，Mg的掺杂含量为0.01
‑
0.3，Mn的掺杂含量为0.05
‑
0.3，Sn的掺杂含量为0.05
‑
0.25。其中，以上各元素的掺杂含量指的是每1mol高熵型层状过渡金属氧化物中对应元素的摩尔含量。举例说明，“Ti的掺杂含量为0.03
‑
0.3”指的是每1mol高熵型层状过渡金属氧化物中Ti的摩尔含量为0.03
‑
0.3mol。
[0012]优选地，所述固态电解质包覆层为钠离子快导体型固态电解质，优选为NaTi2(PO4)3；
[0013]优选地，以所述钠离子电池正极材料的总质量为100％计，所述固态电解质包覆层的质量含量为0.05
‑
2.5％，优选为0.6
‑
2.5％。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的钠离子电池正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0015](1)将钠源和其他金属氧化物按照配方量混合，加入有机溶剂后球磨，干燥后焙烧，得到高熵型层状过渡金属氧化物；
[0016](2)将Ti源溶解在醇中，得到钛源溶液；
[0017]将钠盐和磷酸盐溶解在水中，得到混合水溶液；
[0018]将高熵型层状过渡金属氧化物分别加入到所述钛源溶液和所述混合水溶液中，得到第一混合液和第二混合液；
[0019](3)将所述第一混合液和所述第二混合液进行混合并球磨，干燥后热处理，得到所述的钠离子电池正极材料。
[0020]优选地，步骤(1)所述其他金属氧化物中的金属元素包括Li、B、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Sn、Sb、Te、Ir或Bi的氧化物中的至少五种；
[0021]优选地，步骤(1)所述其他金属氧化物选自NiO、CuO、Co2O3、MgO、MnO2、TiO2和SnO2中的至少五种；
[0022]优选地，步骤(1)所述球磨的转速为100
‑
600r/min；
[0023]优选地，步骤(1)所述球磨的时间为0.5
‑
10h；
[0024]优选地，步骤(1)所述焙烧的温度为800
‑
1300℃；
[0025]优选地，步骤(1)所述焙烧的时间为10
‑
20h。
[0026]优选地，步骤(2)所述Ti源包括二氧化钛、四氯化钛或钛酸四丁酯中的至少一种；
[0027]优选地，步骤(2)所述钠盐包括磷酸二氢钠、一水合磷酸二氢钠、磷酸钠、亚硝酸钠、焦磷酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠或醋酸钠中的至少一种；
[0028]优选地，步骤(2)所述磷酸盐包括磷酸氢二铵、磷酸二氢铵或磷酸铵中的至少一种。
[0029]优选地，步骤(3)所述球磨的转速为100
‑
600r/min；
[0030]优选地，步骤(3)所述球磨的时间为0.5
‑
10h；
[0031]优选地，步骤(3)所述热处理的温度为300
‑
900℃；
[0032]优选地，步骤(3)所述热处理的时间为2
‑
10h。
[0033]第三方面，本专利技术提供一种正极，所述正极包括第一方面所述的钠离子电池正极材料。
[0034]第四方面，本专利技术提供一种钠离子电池，所述钠离子电池包括第三方面所述的正极。
[0035]与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0036](1)本专利技术的钠离子电池正极材料中，多元素金属氧化物系统中不同的组分可以是不同的晶体结构，他们有五个或更多元素共享相同的原子位点，形成稳定的固溶体，从而稳定材料结构，金属离子的掺杂还可以增大了钠离子层的层间距，提高晶体结构中Na
+
的扩散速率；固态电解质包覆层的包覆使正极材料的结构更加稳定，还可以防止晶体颗粒表面的开裂脱落和过渡金属溶出。以上因素共同作用使得本专利技术的钠离子电池正极材料在具有
较高的比容量的前提下，还表现出优异的长循环性能以及出色的倍率性能。
[0037](2)本专利技术通过简单的固相烧结和溶胶凝胶法制备钠离子电池正极材料，具有操作简单的优势，适合工业化生产。
具体实施方式
[0038]下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。
[0039]本专利技术在一个实施方式中提供一种钠离子电池正极材料，所述钠离子电池正极材料包括高本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述钠离子电池正极材料包括高熵型层状过渡金属氧化物和包覆在所述高熵型层状过渡金属氧化物表面的固态电解质包覆层；其中，所述高熵型层状过渡金属氧化物的化学式为NaTMO2，TM包括Li、B、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Sn、Sb、Te、Ir和Bi中的至少五种。2.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，TM选自Ni、Cu、Co、Mg、Mn、Ti和Sn中的至少五种，优选为Ti以及Ni、Cu、Co、Mg、Mn和Sn中的至少四种；优选地，以所述高熵型层状过渡金属氧化物的摩尔量为基准，Ti的掺杂含量为0.03
‑
0.3，Ni的掺杂含量为0.02
‑
0.35，Cu的掺杂含量为0.01
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0.3，Co的掺杂含量为0.05
‑
0.3，Mg的掺杂含量为0.01
‑
0.3，Mn的掺杂含量为0.05
‑
0.3，Sn的掺杂含量为0.05
‑
0.25。3.根据权利要求1或2所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述固态电解质包覆层为钠离子快导体型固态电解质，优选为NaTi2(PO4)3；优选地，以所述钠离子电池正极材料的总质量为100％计，所述固态电解质包覆层的质量含量为0.05
‑
2.5％，优选为0.6
‑
2.5％。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将钠源和其他金属氧化物按照配方量混合，加入有机溶剂后球磨，干燥后焙烧，得到高熵型层状过渡金属氧化物；(2)将Ti源溶解在醇中，得到钛源溶液；将钠盐和磷酸盐溶解在水中，得到混合水溶液；将高熵型层状过渡金属氧化物分别加入到所述钛源溶液和所述混合水溶液中，得到第一混合液和第二混合...
【专利技术属性】
技术研发人员：马晓丽，郭建，申津婧，高秀玲，
申请(专利权)人：天津市捷威动力工业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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