一种钠离子电池正极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法与应用，属于电池技术领域。本发明专利技术所述的钠离子电池正极材料包括，(1)至少一种式为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与应用


[0001]本专利技术属于电池
，尤其涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着经济的快速发展，传统的能源已经不能满足人类社会经济高质量发展要求，能源问题现已成为全世界共同关心的问题之一，所以世界各国都在大力发展绿色能源，发展绿色能源以改变现有不合理的能源结构，电化学能源因其绿色环保，可持续的特点而受到人们广泛关注，在现有电化学能源中锂电池发展最为迅速，锂电池材料体系简单，能量密度高、技术更新快的特点而被广泛应用。但是锂电池最为突出的问题也不容忽视—安全和成本问题，近年来常见锂电池发生安全事故的新闻，人们越来越担心锂电全面应用而带来更大的安全问题，其次是成本问题，随着我国新能源行业日新月异的发展，我国对锂资源的依赖程度也会越来越高，一旦锂资源受限，势必会走向能源紧缺的困局。而钠元素和锂元素作为同一主族元素，钠和锂的物理化学性质较为接近，且钠元素在自然界蕴藏丰富，提取相对容易，相比于锂电更安全，所以用钠电替代锂电会有非常广阔的前景。
[0003]钠离子电池具有和锂离子电池类似的工作机理，钠离子电池正极材料包括聚阴离子类化合物，普鲁士蓝类化合物以及层状氧化物等，其中层状氧化物有着制备简单、电化学窗口高、能量密度高等优势而被广泛关注。但不可忽视的问题在于钠离子的原子半径大于锂离子的原子半径，所以使得钠离子电池材料循环一定圈数后有着较大的体积变化，从而导致电池性能的下降，因此提升钠离子电池正极材料的循环稳定性能成为研究热点，这也是钠离子电池能否实现大规模产业化的关键。
[0004]现有的技术中对材料进行改性的方式主要有两种方式，第一种掺杂其他元素对材料进行改性，此方法虽然能在物料烧结过程中形成化学能梯度，促进烧结进行，但是对混料本身要求较高，例如混合不均匀，或混合粉体中的一个相就能改变材料的整体性能。第二种方法为包覆，包覆的缺点在于不能均匀稳定地包覆在被包覆材料上，从而使得材料本身仍暴露在空气气氛下极大地影响材料本身的循环性能，两种方法均不能从本质上解决材料结构上的缺陷，所以材料无法达到产业化要求的稳定性。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中钠离子电池正极材料—层状氧化物在空气中稳定性能差的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种钠离子电池正极材料及其制备方法与应用。
[0007]本专利技术的第一个目的是提供一种O3相层状氧化物钠离子电池正极材料，所述O3相层状氧化物钠离子电池正极材料包括，
[0008](1)至少一种式为Na
p
Ni
a
Fe
b
Mn
c
Ti
d
M
e
O2‑
z
F
z
的化合物；其中，M为除Ni、Fe、Mn、Ti以外
的掺杂元素；0.5＜p＜1.01，0.001≤a≤0.9，0.001≤b≤0.9，0.001≤c≤0.9，0.001≤d≤0.1，0≤z≤0.1，a+b+c+d+e＝1；p、a、b、c、d、e和z的取值满足化学式的电荷平衡；
[0009](2)至少一种含钠化合物。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述M为Li、Co、Mg、Cu、Ca、Sr、Sn、Zn、Y、Nb、Sb、V、Si、B、Li、La、Ce、Ba、W、Bi和Al中的一种或多种。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述M的化合价为n，且+2≤n≤+4。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述含钠化合物为含钠碳酸盐、含钠硫酸盐、含钠磷酸盐和含钠氧化物中的一种或多种。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述O3相层状氧化物钠离子电池正极材料中式为Na
p
Ni
a
Fe
b
Mn
c
Ti
d
M
e
O2‑
z
F
z
的化合物的质量占比为m1，且95％＜m1＜100％；含钠化合物的质量占比为m2，且0＜m1＜5％。
[0014]本专利技术的第二个目的是提供一种所述的O3相层状氧化物钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤，将式为Na
p
Ni
a
Fe
b
Mn
c
Ti
d
M
e
O2‑
z
F
z
的化合物和含钠化合物混匀，煅烧得到所述O3相层状氧化物钠离子电池正极材料；
[0015]其中，M为除Ni、Fe、Mn、Ti以外的掺杂元素；0.5＜p＜1.01，0.001≤a≤0.9，0.001≤b≤0.9，0.001≤c≤0.9，0.001≤d≤0.1，0≤z≤0.1，a+b+c+d+e＝1；p、a、b、c、d、e和z的取值满足化学式的电荷平衡。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述式为Na
p
Ni
a
Fe
b
Mn
c
Ti
d
M
e
O2‑
z
F
z
的化合物通过高温固相反应合成。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述煅烧的温度为850℃
‑
1100℃，时间为5h
‑
24h。
[0018]本专利技术的第三个目的是提供一种钠离子电池正极，以质量份计，包括所述的O3相层状氧化物钠离子电池正极材料85
‑
95份、导电剂1
‑
10份和粘结剂1
‑
10份。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述导电剂为碳纳米管、乙炔黑、导电碳黑、导电石墨、炭纤维和石墨烯中的一种或多种；所述粘结剂为聚烯烃类、含氟树脂、聚丙烯树脂和橡胶中的一种或多种。
[0020]本专利技术的第四个目的是提供一种钠离子电池，包括所述的钠离子电池正极。
[0021]本专利技术的技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0022]本专利技术所述的O3相层状氧化物钠离子电池正极材料从原子结构改性出发提供了镍铁锰钛四元结构的钠离子电池正极材料，此种层状钠离子电池正极材料减少了过渡金属层发生姜
‑
泰勒效应，姜
‑
泰勒效应是指在对称的非线性分子中，如果体系的基态有多个简并能级，就会发生自发的畸变，从而使得简并消除，在以金属原子为中心的八面体中，金属氧键原本有6个等长的金属氧键会变为2长4短或4长2短的金属氧键，相对形成拉长型姜
‑
泰勒畸变和压缩型姜
‑
泰勒畸变，这些扭曲通过Na
‑
O
‑
M
‑
O
‑
Na的相互作用Na
+
占据高度扭曲的八面体位，从而出现伴随本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种O3相层状氧化物钠离子电池正极材料，其特征在于，所述O3相层状氧化物钠离子电池正极材料包括，(1)至少一种式为Na
p
Ni
a
Fe
b
Mn
c
Ti
d
M
e
O2‑
z
F
z
的化合物；其中，M为除Ni、Fe、Mn、Ti以外的掺杂元素；0.5＜p＜1.01，0.001≤a≤0.9，0.001≤b≤0.9，0.001≤c≤0.9，0.001≤d≤0.1，0≤z≤0.1，a+b+c+d+e＝1；p、a、b、c、d、e和z的取值满足化学式的电荷平衡；(2)至少一种含钠化合物。2.根据权利要求1所述的O3相层状氧化物钠离子电池正极材料，其特征在于，所述M为Li、Co、Mg、Cu、Ca、Sr、Sn、Zn、Y、Nb、Sb、V、Si、B、Li、La、Ce、Ba、W、Bi和Al中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的O3相层状氧化物钠离子电池正极材料，其特征在于，所述M的化合价为n，且+2≤n≤+4。4.根据权利要求1所述的O3相层状氧化物钠离子电池正极材料，其特征在于，所述含钠化合物为含钠碳酸盐、含钠硫酸盐、含钠磷酸盐和含钠氧化物中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的O3相层状氧化物钠离子电池正极材料，其特征在于，所述O3相层状氧化物钠离子电池正极材料中式为Na
p
Ni
a
Fe
b
Mn
c
Ti
d
M
e
O2‑
z
F
z
的化合物的质量占比为m1，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩鹏，李晨威，徐世国，郑奎，
申请(专利权)人：江西东驰新能源产业有限公司，
类型：发明
国别省市：