钠离子电池正极材料及其制备方法、钠离子电池及应用技术

本发明专利技术提供了一种钠离子电池正极材料及其制备方法、钠离子电池及应用。所述钠离子电池正极材料的化学表达式为Na

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池正极材料及其制备方法、钠离子电池及应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体而言，涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法、钠离子电池及应用。

技术介绍

[0002]近几年，随着电动化以及大规模储能需求的增加，以及受限于锂资源全球分布不均及储量有限的问题，储量丰富且成本低廉的钠离子电池在大规模储能等领域具有广阔的应用前景。钠离子电池正极材料主要包括层状材料、聚阴离子型材料和普鲁士蓝类材料等。其中，层状材料由于具有相对较高的比容量和较低的成本而广受关注，但层状材料存在残碱高、空气稳定性差等缺点。同时，作为能源存储与转换器件，目前钠离子电池商业化的障碍主要表现为电化学性能欠佳，存在电池能量密度低、循环性能差等缺点。
[0003]提高钠离子电池正极材料能量密度主要有两方面做法：提高材料的可逆比容量以及提高平均放电电压。在充放电过程中，O3相层状正极材料中钠离子完全脱嵌可提供240mAh/g的理论比容量，但目前该类材料在2.0
‑
4.0V电压区间内的可逆比容量一般为130
‑
140mAh/g，平均放电电压大约为3.0V。提高充电截止电压可增加比容量，但会带来循环性能的快速下降，因此若能提高材料的平均放电电压，则将有助于材料能量密度的提升。
[0004]另外针对层状材料残碱高、空气稳定性差等问题，现有技术中一般通过掺杂和包覆等手段来解决上述问题。例如，通过掺杂Ti、Zn、Mg等元素也使电池性能得到了提高；中科海钠通过Cu掺杂提高层状材料的空气稳定性和循环性能。但是这些掺杂元素多属于过渡金属族或碱土/碱金属元素，对于元素周期表P区元素中的Te和Se的掺杂研究较少。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的问题是如何同时提高钠离子电池的能量密度和循环性能。
[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种钠离子电池正极材料，其化学表达式为：
[0007]Na
a
M1‑
x
Me
x
O2‑
b
F
b
@A；
[0008]式中，a、x、b为摩尔分数，0.65≤a≤1.0，0<b≤0.25，0<x≤0.3；M为Fe、Ni、Mn、Co、Cu元素中的一种或多种；Me为Se、Te中的一种或两种；A为包覆在层状材料表面的包覆材料。
[0009]较佳地，所述包覆材料包括氧化铝、氧化钛、石墨烯、碳纤维、LLZO和Na3Zr2(SiO4)2PO4中的一种。
[0010]较佳地，所述包覆材料的质量为所述层状材料质量的0.5％
‑
1％。
[0011]本专利技术的钠离子电池正极材料相较于现有技术的优势在于：
[0012]本专利技术通过在过渡金属位点掺杂具有高电负性的Se、Te元素，在氧位点掺杂F元素，通过阴阳离子共掺杂的方式，显著提高层状材料的工作电压和循环性能，且高电负性的元素还可以提升结构中钠离子的迁移率。同时辅以包覆手段可以进一步提高材料的循环性能，由此，通过阴阳离子共掺杂以及包覆的手段，在提升工作电压的同时增加循环性能，保证电池能量密度不会降低，实现了同时提高电池能量密度和循环性能的目的。
[0013]本专利技术还提供一种钠离子电池正极材料的制备方法，用于制备所述的钠离子电池正极材料，包括：
[0014]将钠源、M源、Me源和氟源混合均匀，其中，所述M源为过渡金属的氧化物或氢氧化物前驱体，所述过渡金属为Fe、Ni、Mn、Co、Cu中的一种或多种，Me源为Se、Te的氧化物中的一种或两种；
[0015]将混合均匀的原料在氧气气氛下进行第一次煅烧，将第一次煅烧后的材料经破碎或研磨、筛分后与包覆材料混合均匀，将混合包覆材料后的粉末在氧气气氛下进行第二次煅烧，将第二次煅烧后的材料经破碎或研磨、筛分后得到钠离子电池正极材料。
[0016]较佳地，所述第一次煅烧的温度为750
‑
1100℃，时间为8
‑
22h。
[0017]较佳地，所述第二次煅烧的温度为600
‑
650℃，时间为8
‑
12h。
[0018]较佳地，所述将钠源、M源、Me源和氟源混合均匀包括：按化学计量比称取所述M源、所述Me源和所述氟源，按照化学计量比中对钠源用量的105％称取所述钠源，并将称取的各原料置于混料机中混合均匀。
[0019]较佳地，所述氟源包括氟化钠和氟化铵中的一种或两种。
[0020]钠离子电池正极材料钠离子电池正极材料本专利技术还提供一种钠离子电池，包括所述的钠离子电池正极材料。
[0021]本专利技术还提供一种所述钠离子电池的应用，包括在储能、动力、消费类电池中的应用。
[0022]本专利技术的钠离子电池及其应用相较于现有技术的优势与钠离子电池正极材料相较于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1制备的钠离子电池正极材料的XRD图；
[0024]图2为本专利技术实施例2制备的钠离子电池正极材料的XRD图；
[0025]图3为本专利技术实施例3制备的钠离子电池正极材料的XRD图；
[0026]图4为本专利技术实施例4制备的钠离子电池正极材料的XRD图；
[0027]图5为本专利技术实施例5制备的钠离子电池正极材料的XRD图；
[0028]图6为本专利技术实施例6制备的钠离子电池正极材料的XRD图；
[0029]图7为本专利技术实施例1
‑
实施例6、对比例1
‑
对比例3制作的扣式电池的循环容量保持率曲线；
[0030]图8为本专利技术实施例中钠离子电池正极材料的制备流程图。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。
[0032]本专利技术实施例的一种钠离子电池正极材料，其化学表达式为：
[0033]Na
a
M1‑
x
Me
x
O2‑
b
F
b
@A；(Ⅰ)
[0034]式(Ⅰ)中，a、x、b为摩尔分数，0.65≤a≤1.0，0<b≤0.25，0<x≤0.3；M为Fe、Ni、Mn、Co、Cu元素中的一种或多种；Me为Se、Te中的一种或两种；Na
a
M1‑
x
Me
x
O2‑
b
F
b
为层状材料，A为包
覆在所述层状材料表面的包覆材料。
[0035]根据上述实施例的层状正极材料，在过渡金属位点掺杂Se、Te元素，在氧位点掺杂F元素，Te和Se由于具有较强的电负性，其“诱导效应”可降低过渡金属与氧的化学键电子密度，使得过渡金属更具离子化，从而获得更高的氧化还原电位，可提高材料平本文档来自技高网...

【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，其化学表达式为：Na
a
M1‑
x
Me
x
O2‑
b
F
b
@A；式中，a、x、b分别为摩尔分数，0.65≤a≤1.0，0<b≤0.25，0<x≤0.3；M为Fe、Ni、Mn、Co、Cu元素中的一种或多种；Me为Se、Te中的一种或两种；A为包覆在层状材料表面的包覆材料。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，所述包覆材料包括氧化铝、氧化钛、石墨烯、碳纤维、LLZO和Na3Zr2(SiO4)2PO4中的至少一种。3.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述包覆材料的质量为所述层状材料质量的0.5％
‑
1％。4.一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1
‑
3任一项所述的钠离子电池正极材料，包括：将钠源、M源、Me源和氟源混合均匀，其中，所述M源为过渡金属的氧化物或氢氧化物前驱体，所述过渡金属为Fe、Ni、Mn、Co、Cu中的一种或多种，所述Me源为Se、Te的氧化物中的一种或两种；将混合均匀的原料在氧气气氛下进行第...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨道均，张万万，张瑞欣，王栋，
申请(专利权)人：三一红象电池有限公司，
类型：发明
国别省市：