一种钠离子正极材料及其制备方法与钠离子电池技术

本发明专利技术公开了一种钠离子正极材料及其制备方法与钠离子电池，属于钠离子电池技术领域。该制备方法包括：将化学式为Na

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子正极材料及其制备方法与钠离子电池


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

技术介绍

[0002]近年来，利用可再生能源转化为电能的技术得到了快速的发展，但其产生的电能会受到自然条件的限制，具有随机性、间歇性和波动性等特点，因此，需要发展高效便捷的大规模储能技术。
[0003]在物理储能、化学储能和电化学储能等储能技术中，电化学储能具有能量密度高、能量转换率高和响应速度快等优点。钠离子电池具有钠资源丰富、成本低廉、寿命长、安全性能高以及综合性能好等优势。其中，具有P2相结构的钠离子电池层状氧化物正极材料循环稳定性好、倍率性能好并具有一定的成本优势，但其本征结构导致其充电容量较低，无法在全电池中与负极（硬碳）匹配使用，需要采取一定的补钠技术才能用于储能或动力领域；但常规的补钠技术难度较大，同时会导致成本升高。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种钠离子正极材料的制备方法，该方法简单，易操作，可有效地在P2相本体材料的表面形成O3相包覆层，无需补钠也可使所得的钠离子正极材料具有较高的比容量。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种由上述制备方法制备而得的钠离子正极材料。
[0007]本专利技术的目的之三在于提供一种含有上述钠离子正极材料的钠离子电池。
[0008]本申请可这样实现：第一方面，本申请提供一种钠离子正极材料的制备方法，包括以下步骤：将化学式为Na
a
M
b
O2的P2相本体材料与包覆剂混合后，在含氧氛围中进行烧结，以在P2相本体材料的表面形成O3相的包覆层；其中，P2相本体材料中的M选自Li、Mg、Ni、Co、Mn、Cu、Zn、Al、V、Fe、Sn和Ti中的至少一种；0.65≤a/b≤0.9，0.65≤a≤0.9，b=1；包覆剂包括X的金属氧化物、X的碳酸物、X的氢氧化物和X的醋酸物中的至少一种；X选自Ni、Fe、Cu和Li中的至少一种。
[0009]在可选的实施方式中，包覆剂的用量满足以下关系：P2相本体材料表面残留的NaOH和Na2CO3中Na的总量与包覆剂中X的摩尔比为1:1。
[0010]在可选的实施方式中，P2相本体材料与包覆剂的烧结是于900
‑
1100℃的条件下进行5
‑
12h。
[0011]在可选的实施方式中，P2相本体材料的制备包括：按Na
a
M
b
O2中Na与M的摩尔比，将Na源与M源的混合物在含氧氛围中进行烧结。
[0012]在可选的实施方式中，Na源与M源的烧结是于900
‑
1100℃的条件下进行8
‑
20h。
[0013]在可选的实施方式中，M源的制备包括：将M的水合硫酸物溶液与沉淀剂和螯合剂进行共沉淀，将沉淀所得的固体进行洗涤，干燥；其中，沉淀剂包括NaOH溶液；螯合剂包括氨水。
[0014]在可选的实施方式中，共沉淀反应是于45
‑
55℃以及pH值为10.5
‑
11.5的条件下进行。
[0015]在可选的实施方式中，M的水合硫酸物溶液中M元素的浓度为1.8
‑
2.2mol/L；沉淀剂的浓度7.2
‑
8.2mol/L，螯合剂的质量分数为28
‑
32%；M的水合硫酸物溶液的流量为60
‑
80mL/h；沉淀剂的流量为30
‑
40mL/h；反应体系的pH值通过调节螯合剂的流量控制。
[0016]第二方面，本申请提供一种钠离子正极材料，经前述实施方式任一项的制备方法制备而得。
[0017]第三方面，本申请提供一种钠离子电池，含有前述实施方式的钠离子正极材料。
[0018]本申请的有益效果包括：本申请通过在结晶度良好的P2相材料中引入氧化物形成具有O3相结构的包覆层，在保持钠离子电池P2相层状氧化物循环稳定性的同时提升其充电比容量，并且制备过程不用补钠。最终所得的正极材料不仅具有较高的首效，还具有较高的比容量和循环稳定性。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0020]图1为本申请试验例中实施例1
‑
2以及对比例1所得的钠离子正极材料的物相结构图。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0022]下面对本申请提供的钠离子正极材料及其制备方法与钠离子电池进行具体说明。
[0023]专利技术人提出：具有P2相结构的钠离子电池层状氧化物具有较佳的循环稳定性，但由于该类材料初始钠含量不足导致其充电容量太低而无法与本来首效就低的硬碳负极（首效在80%
‑
90%之间）进行匹配，目前大部分方案试图采用补钠技术以提升其比容量，但补钠技术难点较多，难以实现。
[0024]基于此，本申请创造性地提出了一种通过在P2相本体材料的表面包覆具有O3相结构的包覆层的方式以实现在不补钠的条件下提高相应正极材料比容量的效果。
[0025]可参考地，该钠离子正极材料的制备方法可包括以下步骤：将化学式为Na
a
M
b
O2的
P2相本体材料与包覆剂混合后，在含氧氛围中进行烧结，以在P2相本体材料的表面形成O3相的包覆层。
[0026]上述P2相本体材料中的M选自Li、Mg、Ni、Co、Mn、Cu、Zn、Al、V、Fe、Sn和Ti中的至少一种；0.65≤a/b≤0.9，0.65≤a≤0.9，b=1。在一些优选的实施方式中，0.67≤a/b≤0.8，以获得更加纯的P2相，避免杂相生成。
[0027]包覆剂包括X的金属氧化物、X的碳酸物、X的氢氧化物和X的醋酸物中的至少一种，X选自Ni、Fe、Cu和Li中的至少一种。
[0028]需说明的是，X与M可相同，也可不同。
[0029]本申请中，包覆剂的用量满足以下关系：P2相本体材料表面残留的NaOH和Na2CO3中Na的总量与包覆剂中X的摩尔比为1:1。也可理解为：P2相本体材料表面残碱对应的Na的总量与包覆剂中X的摩尔比为1:1。
[0030]为便于理解地，包覆剂可参照化学Na
c
X
d
O2的方式进行添加，Na
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将化学式为Na
a
M
b
O2的P2相本体材料与包覆剂混合后，在含氧氛围中进行烧结，以在所述P2相本体材料的表面形成O3相的包覆层；其中，P2相本体材料中的M选自Li、Mg、Ni、Co、Mn、Cu、Zn、Al、V、Fe、Sn和Ti中的至少一种；0.65≤a/b≤0.9，0.65≤a≤0.9，b=1；所述包覆剂包括X的金属氧化物、X的碳酸物、X的氢氧化物和X的醋酸物中的至少一种；X选自Ni、Fe、Cu和Li中的至少一种；所述P2相本体材料的制备包括：按Na
a
M
b
O2中Na与M的摩尔比，将Na源与M源的混合物在含氧氛围中进行烧结；所述M源的制备包括：将M的水合硫酸物溶液与沉淀剂和螯合剂进行共沉淀，将沉淀所得的固体进行洗涤，干燥；其中，所述沉淀剂包括NaOH溶液；所述螯合剂包括氨水。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述包覆剂的用量满足以下关系：所述P2相本体材料的表面残留的NaOH和Na2CO3中Na的总量与所述包覆剂中X的摩尔比为1:1。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，P2相本体材料与包覆剂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彬，李曰毅，陈浩，曾令彬，熊成戍，易校宇，周磊，李世军，张郑，
申请(专利权)人：宜宾锂宝新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：