一种正极活性材料及其制备方法和电池技术

本发明专利技术提供一种正极活性材料及其制备方法和电池。本发明专利技术提供一种正极活性材料，其化学式为Vo

【技术实现步骤摘要】
一种正极活性材料及其制备方法和电池


[0001]本专利技术涉及一种正极活性材料及其制备方法和电池，涉及钠离子电池


技术介绍

[0002]钠离子电池具有低成本、高容量的优势逐渐商业化，正极活性材料作为钠离子电池的核心组成部分之一，其成本和性能决定了钠离子电池的价格和电化学性能。富钠锰铁基层状金属氧化物作为一种正极活性材料，其克容量和循环稳定性还有较大的提升空间。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种正极活性材料及其制备方法，用于提高富钠锰铁基层状金属氧化物的克容量和循环稳定性，提高电池的容量和循环性能。
[0004]本专利技术还提供一种电池，其包括上述正极活性材料，具有较高的容量和较好的循环性能。
[0005]本专利技术第一方面提供一种正极活性材料，所述正极活性材料的化学式为Vo
‑
Na
i1
Mn
i2
Fe
i3
M
i4
O
i5
，M为Ni、Cu、Zn、Ti、V、Al、Mg、K、Zr、Ca、Li、Mo、Si、Ce、Sn中的一种或多种，0.67≤i1≤1.25，0.22≤i2≤0.66，0.24≤i3≤0.67，0≤i4≤0.44，i2+i3+i4＝1，i5满足所述Vo
‑
Na
i1
Mn
i2
Fe
i3
M
i4
O
i5
的正负化合价代数和为0；
[0006]所述正极活性材料的理论晶胞密度为ρ1，实际晶胞密度为ρ2，0.5％≤[ρ1
‑
ρ2]/ρ1*100％≤5％。
[0007]如上所述的正极活性材料，当i4＝0时，0.5％≤[ρ1
‑
ρ2]/ρ1*100％≤5％；当i4＞0时，1％≤[ρ1
‑
ρ2]/ρ1*100％≤4％。
[0008]如上所述的正极活性材料，当i4＞0且M为Ni时，1％≤[ρ1
‑
ρ2]/ρ1*100％≤4％；当i4＞0且M包括Ni和Cu时，1％≤[ρ1
‑
ρ2]/ρ1*100％≤3.5％；当i4＞0且M包括Ni和Zn时，1％≤[ρ1
‑
ρ2]/ρ1*100％≤3％。
[0009]如上所述的正极活性材料，所述正极活性材料的水分为10
‑
2000ppm。
[0010]本专利技术第二方面提供一种上述任一所述的正极活性材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011]将钠源、锰源、铁源以及含有掺杂元素M的化合物混合并进行烧结，得到正极活性材料前驱体粉末；
[0012]将所述正极活性材料前驱体粉末分散在硼氢化钠溶液中并进行搅拌，制备得到含有氧空位的正极活性材料Vo
‑
Na
i1
Mn
i2
Fe
i3
M
i4
O
i5
。
[0013]如上所述的制备方法，所述烧结条件为：在氧气或空气氛围下，以1
‑
5℃/min的升温速率，在800
‑
1000℃温度下烧结10
‑
15h。
[0014]如上所述的制备方法，所述硼氢化钠溶液的浓度为0.1mol/L
‑
1mol/L。
[0015]如上所述的制备方法，所述正极活性材料前驱体粉末的质量与硼氢化钠溶液的体积的比值为0.1g/L
‑
20g/L。
[0016]如上所述的制备方法，将所述正极活性材料前驱体粉末与硼氢化钠溶液的混合溶液在100rpm
‑
400rpm的速度下进行搅拌，搅拌时间为0.5h
‑
5h。
[0017]本专利技术第三方面提供一种电池，包括上述任一所述的正极活性材料。
[0018]本专利技术的实施，至少具有以下优势：
[0019]1、本专利技术提供的正极活性材料为表面具有氧空位的富钠锰铁基层状氧化物，氧空位的引入有助于降低钠嵌入能垒，增加费米能级附近的态密度，有利于离子和电子传输，从而提高其循环稳定性；同时氧空位形成的多余电子，可以通过金属离子还原消耗，这有助于增加在电化学反应时Na离子释放量，提高其克容量；同时，本专利技术采用晶胞密度的变化来表征氧空位的占比率，当正极活性材料的理论晶胞密度和实际晶胞密度的变化满足本专利技术提供的范围时，有助于提高其克容量和循环稳定性。
[0020]2、本专利技术针对正极活性材料中不同的掺杂元素，设计不同的晶胞密度变化范围，有助于进一步提高其克容量和循环稳定性。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术实施例1和对比例1提供的正极活性材料的XRD图谱。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]本专利技术提供一种正极活性材料，其化学式为Vo
‑
Na
i1
Mn
i2
Fe
i3
M
i4
O
i5
，M为Ni、Cu、Zn、Ti、V、Al、Mg、K、Zr、Ca、Li、Mo、Si、Ce、Sn中的一种或多种，0.67≤i1≤1.25，0.22≤i2≤0.66，0.24≤i3≤0.67，0≤i4≤0.44，i2+i3+i4＝1，i5满足所述Vo
‑
Na
i1
Mn
i2
Fe
i3
M
i4
O
i5
的正负化合价代数和为0。
[0025]本专利技术对在上述限定范围内的i1、i2、i3、i4、i5不做过多限制，示例性地，i1可以为0.67、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95、1.00、1.05、1.10、1.15、1.20、1.25或介于其中的任意两者组成的范围之内；i2可以为0.22、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、0.66或介于其中的任意两者组成的范围之内；i3可以为0.24、0.28、0.34、0.38、0.40、0.44、0.50、0.54、0.60、0.67或介于其中的任意两者组成的范围之内；i4可以为0、0.05、0.10、0.15、0.20、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的化学式为Vo
‑
Na
i1
Mn
i2
Fe
i3
M
i4
O
i5
，M为Ni、Cu、Zn、Ti、V、Al、Mg、K、Zr、Ca、Li、Mo、Si、Ce、Sn中的一种或多种，0.67≤i1≤1.25，0.22≤i2≤0.66，0.24≤i3≤0.67，0≤i4≤0.44，i2+i3+i4＝1，i5满足所述Vo
‑
Na
i1
Mn
i2
Fe
i3
M
i4
O
i5
的正负化合价代数和为0；所述正极活性材料的理论晶胞密度为ρ1，实际晶胞密度为ρ2，0.5％≤[ρ1
‑
ρ2]/ρ1*100％≤5％。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，当i4＝0时，0.5％≤[ρ1
‑
ρ2]/ρ1*100％≤5％；当i4＞0时，1％≤[ρ1
‑
ρ2]/ρ1*100％≤4％。3.根据权利要求1或2所述的正极活性材料，其特征在于，当i4＞0且M为Ni时，1％≤[ρ1
‑
ρ2]/ρ1*100％≤4％；当i4＞0且M包括Ni和Cu时，1％≤[ρ1
‑
ρ2]/ρ1*100％≤3.5％；当i4＞0且M包括Ni和Zn时，1％≤[ρ1
‑
ρ2]/ρ1*100％≤3％。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛志高，武增雪，孙伟丽，王尊志，刘瑞，李琮熙，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：