一种钠电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电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。该钠电正极材料具有由一次纳米颗粒堆积而成的二次球结构，二次球具有由多个六边形共同形成的足球状的自包覆表面；钠电正极材料的化学式为Na

【技术实现步骤摘要】
一种钠电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，涉及一种钠电正极材料及其制备方法与钠离子电池。

技术介绍

[0002]钠离子电池层状氧化物正极材料比容量高、工艺成熟、原料来源广，在钠电正极中优势明显，竞争力强。但该类材料在较高充电电压下容易发生不可逆相变，从而影响材料在高电压下的循环稳定性。
[0003]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于提供一种钠电正极材料，该钠电正极材料具有较高的循环稳定性以及首次充电比容量与首次放电比容量。
[0005]本专利技术的目的之二在于提供一种上述钠电正极材料的制备方法。
[0006]本专利技术的目的之三在于提供一种含有上述钠电正极材料的钠离子电池。
[0007]本申请可这样实现：第一方面，本申请提供一种钠电正极材料，其具有由一次纳米颗粒堆积而成的二次球结构，二次球具有由多个六边形共同形成的足球状的自包覆表面；钠电正极材料的化学式为Na
x
Ni
y
M
z
Mn1‑
y
‑
z
O2，0.5≤x≤1.2，y+z≤0.5，0≤z≤0.2，M包括Fe、Zr和Ti中的至少一种。
[0008]第二方面，本申请提供如前述实施方式的钠电正极材料的制备方法，包括以下步骤：按预设比例，将钠电正极材料前驱体与钠盐的混合物进行第一次烧结，随后与M的化合物混合并进行第二次包覆烧结；其中，前驱体的制备包括：将含镍和锰的金属盐溶液与沉淀剂以及络合剂进行共沉淀反应；沉淀剂包括碳酸钠的水溶液，络合剂为柠檬酸二钠的水溶液；共沉淀反应的温度为60
‑
80℃，pH值为8
‑
9.5，时间为8
‑
12h；M的化合物包括M的氧化物、M的碳酸物和M的氢氧化物中的至少一种；钠盐包括碳酸钠、氢氧化钠、醋酸钠和柠檬酸钠中的至少一种。
[0009]在可选的实施方式中，金属盐溶液中金属元素的总浓度为1
‑
3mol/L，金属盐溶液的流量为0.5mL/min；沉淀剂的浓度为1
‑
3mol/L，沉淀剂的流量为0.5mL/min；络合剂的浓度为0.5
‑
1.5mol/L，络合剂用于使不同金属盐共同沉淀。
[0010]在可选的实施方式中，前驱体的制备还包括：在共沉淀反应后进行陈化；陈化时间为8
‑
12h。
[0011]在可选的实施方式中，前驱体的制备还包括在陈化后进行干燥；干燥温度为70
‑
90℃，干燥时间为20
‑
28h。
[0012]在可选的实施方式中，第一次烧结的温度为500
‑
800℃，第一次烧结的时间为4
‑
8h。
[0013]在可选的实施方式中，将第一次烧结后所得的物料以30
‑
50℃/min的速率快速降温至95
‑
100℃后再自然冷却，随后再与M的化合物混合。
[0014]在可选的实施方式中，第二次包覆烧结的温度为850
‑
1000℃，第二次包覆烧结的时间为8
‑
20h。
[0015]在可选的实施方式中，第一次烧结和第二次包覆烧结均于有氧气氛中进行。
[0016]第三方面，本申请提供一种钠离子电池，其具有前述实施方式的钠电正极材料。
[0017]本申请的有益效果包括：本申请提供的钠电正极材料具有由一次纳米颗粒堆积而成的二次球结构，二次球具有由多个六边形共同形成的足球状的自包覆表面。上述二次球表面的六边形可看作属于晶胞的ab面，该包覆表面中元素分布均匀，取向规则排列，不存在偏析。具有上述特殊表面的钠电正极材料的充电电压可提升至4.3V，能够在保持材料循环稳定性的同时促进材料容量的发挥。
[0018]其制备方法简单，易操作，适合工业化生产。含有上述正极材料的钠离子电池具有较佳的电化学性能。
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2的前驱体的SEM图；图2为本申请试验例中实施例2的钠电正极材料的SEM图；图3为本申请试验例中实施例11的钠电正极材料的SEM图；图4为本申请试验例中实施例12的钠电正极材料的SEM图；图5为本申请试验例中实施例13的钠电正极材料的SEM图；图6为本申请试验例中对比例1的钠电正极材料的SEM图；图7为本申请试验例中对比例2的钠电正极材料的SEM图；图8为本申请试验例中对比例3的钠电正极材料的SEM图；图9为本申请试验例中对比例11的钠电正极材料的SEM图；图10为本申请试验例中对比例12的钠电正极材料的SEM图；图11为本申请试验例中对比例15的钠电正极材料的SEM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电正极材料及其制备方法与钠离子电池进行具体说明。
[0023]本申请提出一种钠电正极材料，其化学式为Na
x
Ni
y
M
z
Mn1‑
y
‑
z
O2，0.5≤x≤1.2，y+z≤0.5，0≤z≤0.2，M包括Fe、Zr和Ti中的至少一种。
[0024]该钠电正极材料具有由一次纳米颗粒堆积而成的二次球结构，二次球具有由多个六边形共同形成的足球状的自包覆表面，且该包覆表面中元素分布均匀，取向规则排列，不存在偏析。
[0025]上述二次球表面的六边形可看作属于晶胞的ab面。
[0026]具有上述特殊表面的钠电正极材料的充电电压可提升至4.3V，能够在保持材料循环稳定性的同时促进材料容量的发挥。
[0027]在一些实施方式中，Ni、M和Mn的总摩尔数为1，Na的摩尔数为0.65
‑
0.8。
[0028]相应地，本申请还提供了上述钠电正极材料的制备方法，包括以下步骤：按预设比例，将钠电正极材料前驱体与钠盐的混合物进行第一次烧结，随后与M的化合物混合并进行第二次包覆烧结。
[0029]其中，钠电正极材料前驱体的化学式为Ni
a
Mn1‑
a
(OH)2，a＜0.5。
[0030]可参考地，上述前驱体的制备可包括：将含镍和锰的金属盐溶液与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠电正极材料，其特征在于，所述钠电正极材料具有由一次纳米颗粒堆积而成的二次球结构，二次球具有由多个六边形共同形成的足球状的自包覆表面；所述钠电正极材料的化学式为Na
x
Ni
y
M
z
Mn1‑
y
‑
z
O2，0.5≤x≤1.2，y+z≤0.5，0≤z≤0.2，M包括Fe、Zr和Ti中的至少一种。2.如权利要求1所述的钠电正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按预设比例，将钠电正极材料前驱体与钠盐的混合物进行第一次烧结，随后与M的化合物混合并进行第二次包覆烧结；其中，所述前驱体的制备包括：将含镍和锰的金属盐溶液与沉淀剂以及络合剂进行共沉淀反应；所述沉淀剂包括碳酸钠的水溶液，所述络合剂为柠檬酸二钠的水溶液；共沉淀反应的温度为60
‑
80℃，pH值为8
‑
9.5，时间为8
‑
12h；M的化合物包括M的氧化物、M的碳酸物和M的氢氧化物中的至少一种；所述钠盐包括碳酸钠、氢氧化钠、醋酸钠和柠檬酸钠中的至少一种。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐溶液中金属元素的总浓度为1
‑
3mol/L，所述金属盐溶液的流量为0.5mL/min；所述沉淀剂的浓度为1
‑
3mol/L，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彬，李曰毅，蒋雪平，许涛，邢王燕，张郑，王政强，
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：