一种钠离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于钠离子电池技术领域，公开了一种钠离子电池正极材料及其制备方法。本发明专利技术的正极材料为核壳结构，内核为O3相正极材料，外壳为金属氧化物和碳的混合，其中，金属氧化物和碳占O3相正极材料的质量分数分别为0.05～2％和0.1～5％。本发明专利技术将碳源、金属化合物与钠离子电池正极材料混合后煅烧，金属化合物分解成为金属氧化物，修饰正极材料表界面，改善材料的结构稳定性，提高材料的电子电导，提高材料的循环以及倍率性能。碳源分解生成碳，碳层发挥疏水的效果，有效抑制了材料内的Na

【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


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

技术介绍

[0002]近年来在商业化的二次电池中，锂离子电池应用广泛，产业链发展日渐完善，主要集中在消费电子，电动汽车等，逐渐发展成为主要的能量存储
‑
转换装置。日益剧增的需求，导致相对应的碳酸锂，氢氧化锂，镍，钴等原材料价格剧增，另外，现有锂离子电池资源循环利用产业链发展尚不成熟，导致锂离子电池原材料成本以及销售价格持续上涨。因此，锂离子电池不适合发展未来的大规模的储能，而钠离子电池由于钠含量丰富，材料成本低等，被认为是应用于未来主要的大规模能量储存
‑
转换装置，可以实现能源体系高效利用。钠离子电池几乎与锂离子电池原理相同，但其商业化的研究进度缓慢，主要存在材料容量低，电压平台低，生产成本高等问题。
[0003]现有的钠离子电池正极材料主要为过渡金属层状氧化物、普鲁士白/蓝、聚阴离子化合物等。过渡金属层状氧化物钠离子电池正极材料由于与锂离子电池正极材料相近的结构被广泛研究，主要材料体系为NaMO2，(M为Cu，Fe，Mn，Ni，Co，Ti，Mg，Al等的组合)，再通过掺杂和包覆等手段对材料进行改性，改善材料循环过程的结构稳定性，提高材料的循环以及倍率性能。然而，改性过渡金属层状氧化物钠离子电池正极材料电化学性能虽然提高，但空气稳定性较差，短时间接触空气便会与其中的H2O反应，造成材料结构的恶化，进而影响材料的电化学性能。另外，这也给材料的制备、生产工序流转和储存带来不便，增加了批量制造的生产成本，阻碍了材料的大规模商业化应用。
[0004]因此，如何开发一种具有良好电化学性能以及高空气稳定性的改性钠离子电池正极材料对于钠离子电池的商业化发展具有重要价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种钠离子电池正极材料及其制备方法，改善现有技术下层状氧化物钠离子电池正极材料的结构稳定性和空气稳定性。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种钠离子电池正极材料，其结构为核壳结构，内核为O3相正极材料，外壳为金属氧化物和碳的混合。
[0008]优选的，在上述一种钠离子电池正极材料中，所述O3相正极材料的化学式为：Na
x
Cu
a
Mn
b
Fe
c
M1‑
a
‑
b
‑
c
O
d
；
[0009]其中，0.8＜x＜1.2，0.1＜a＜0.4，0.2＜b＜0.8，0.2＜c＜0.4，1.8＜d＜2.2，a+b+c＝1；M为V、Cr、Co、Ni、Li、B、Mg、Al、K、Ti、Zn、Y、Zr、Sr、La、Ce、W、F和P中的一种或几种。
[0010]优选的，在上述一种钠离子电池正极材料中，所述金属氧化物为Na、Mg、Al、Ti、Co、Ni、Zn、Y、Zr、Nb、La、Ce和W的氧化物中的一种或几种。
[0011]优选的，在上述一种钠离子电池正极材料中，所述金属氧化物占O3相正极材料的
质量分数为0.05～2％，所述碳占O3相正极材料的质量分数为0.1～5％。
[0012]本专利技术还提供了一种钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]将碳源、金属化合物和O3相正极材料混合，于空气或保护气体中煅烧，得到钠离子电池正极材料。
[0014]优选的，在上述一种钠离子电池正极材料的制备方法中，所述金属化合物为碳酸盐、氢氧化物、氧化物、硝酸盐、草酸盐、醋酸盐和柠檬酸盐中的一种或几种。
[0015]优选的，在上述一种钠离子电池正极材料的制备方法中，所述碳源为蔗糖、葡萄糖、柠檬酸、纤维素、淀粉、麦芽糖、果糖和木糖醇中的一种或几种。
[0016]优选的，在上述一种钠离子电池正极材料的制备方法中，所述碳源、金属化合物和O3相正极材料的质量比为0.1～5:0.05～10:100。
[0017]优选的，在上述一种钠离子电池正极材料的制备方法中，所述煅烧的温度为200～1000℃，煅烧的时间为2～24h。
[0018]优选的，在上述一种钠离子电池正极材料的制备方法中，所述保护气体为氮气和氩气中的一种或两种。
[0019]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0020]本专利技术将碳源、金属化合物与钠离子电池正极材料混合后煅烧，金属化合物分解成为金属氧化物，修饰正极材料表界面，改善材料的结构稳定性，提高材料的电子电导，提高材料的循环以及倍率性能。碳源分解生成碳，碳层发挥疏水的效果，有效抑制了材料内的Na
+
溶出问题，维持材料的稳定层状结构，提高材料的空气稳定性。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0022]图1为对比例1的材料A1放置24h后的SEM图；
[0023]图2为实施例1的材料B1放置24h后的SEM图；
[0024]图3为对比例2的材料A2放置24h后的SEM图；
[0025]图4为实施例2的材料B2放置24h后的SEM图；
[0026]图5为对比例3的材料A3放置24h后的SEM图；
[0027]图6为实施例3的材料B3放置24h后的SEM图；
[0028]图7为对比例4的材料A4放置24h后的SEM图；
[0029]图8为实施例4的材料B4放置24h后的SEM图；
[0030]图9为实施例1～4和对比例1～4的材料放置24h后的XRD图；
[0031]图10为实施例1的材料B1的TEM图。
具体实施方式
[0032]本专利技术提供一种钠离子电池正极材料，其结构为核壳结构，内核为O3相正极材料，外壳为金属氧化物和碳的混合。
[0033]在本专利技术中，O3相正极材料的化学式优选为：Na
x
Cu
a
Mn
b
Fe
c
M1‑
a
‑
b
‑
c
O
d
；
[0034]在本专利技术中，优选的，0.8＜x＜1.2，0.1＜a＜0.4，0.2＜b＜0.8，0.2＜c＜0.4，1.8
＜d＜2.2，a+b+c＝1。
[0035]在本专利技术中，M优选为V、Cr、Co、Ni、Li、B、Mg、Al、K、Ti、Zn、Y、Zr、Sr、La、Ce、W、F和P中的一种或几种，进一步优选为Ni、Co、Mg、Ti、Li、F和Al中的一种或几种，更优选为Ni、Mg、Ti和Al中的一种或几种。
[0036]在本专利技术中，金属氧化物优选为Na、Mg、Al、Ti、Co、Ni、Zn、Y、Zr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，其结构为核壳结构，内核为O3相正极材料，外壳为金属氧化物和碳的混合。2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述O3相正极材料的化学式为：Na
x
Cu
a
Mn
b
Fe
c
M1‑
a
‑
b
‑
c
O
d
；其中，0.8＜x＜1.2，0.1＜a＜0.4，0.2＜b＜0.8，0.2＜c＜0.4，1.8＜d＜2.2，a+b+c＝1；M为V、Cr、Co、Ni、Li、B、Mg、Al、K、Ti、Zn、Y、Zr、Sr、La、Ce、W、F和P中的一种或几种。3.根据权利要求1或2所述的一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述金属氧化物为Na、Mg、Al、Ti、Co、Ni、Zn、Y、Zr、Nb、La、Ce和W的氧化物中的一种或几种。4.根据权利要求3所述的一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述金属氧化物占O3相正极材料的质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建鑫，周文泽，王伟刚，程斯琪，陈森，戚兴国，唐堃，
申请(专利权)人：溧阳中科海钠科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：