一种高电压平台钠离子电池正极材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开一种高电压平台钠离子电池正极材料、制备方法及其应用。该制备方法包括以下步骤：将钠源，镍源，锰源，镉源，M，N，P源按照计量比搅拌在去离子水中，将和金属盐等质量的络合剂溶解于去离子水中，并滴加在所述金属溶液中，将所述混合溶液转移到不锈钢聚四氟乙烯内衬高压釜中进行水热反应，并将反应后的产物转移至烘箱烘干，将所述前驱体放入马弗炉进行烧结，得到钠离子电池正极材料。本发明专利技术通过多熵合金的引入，增加了电荷的数量，减少了在钠离子电池充放电过程中的结构变化，Cd金属的加入，增大了层状氧化物的层间距，增加钠离子的嵌入/脱出；同时氧化还原电势高，提高电压平台，抑制氧离子的氧化析出，增加材料在高压下的稳定性。的稳定性。的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高电压平台钠离子电池正极材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池材料
，具体为一种高电压平台钠离子电池正极材料、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，钠离子电池因具备资源丰富、工艺成本低廉、环境友好等优点而成为了电化学储能领域的研究热点。目前，钠离子电池还处于研发阶段，而正极材料对钠离子电池的性能影响重大，因此开发高性能的钠离子电池正极材料成为了钠离子电池发展的重点研究内容。研究最为广泛的钠离子电池正极材料包括金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝及其类似物。
[0003]层状过渡金属氧化物正极材料来源广泛且具有可逆的离子脱出嵌入能力，被广泛用于二次电池正极材料的研究，是最具热点的研究对象。然而层状氧化物正极材料存在诸多问题，如容量偏低、结构稳定性差、循环性能较差等。所以提高层状氧化物的结构稳定性，提高层状氧化物的充放电平台，成为了改善其在钠离子电池中电化学性能的重中之重。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高电压平台钠离子电池正极材料、制备方法及其应用。将多熵合金的理念运用至钠离子电池正极层状氧化物材料和中并对其改性，能够克服现有钠离子电池正极材料能量密度低及循环性能较差等问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种高电压平台钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006]步骤一、将钠源，镍源，锰源，镉源，M，N，P源按照计量比搅拌分散在去离子水中，得到金属溶液；r/>[0007]步骤二、将和金属盐等质量的络合剂溶解于去离子水中，并滴加在所述金属溶液中，得到混合溶液；
[0008]步骤三、将所述混合溶液转移到不锈钢聚四氟乙烯内衬高压釜中进行水热反应，并将反应后的产物转移至烘箱烘干，得到干燥的前驱体；
[0009]步骤四、将所述前驱体放入马弗炉进行烧结，得到所述高电压平台钠离子电池正极材料。
[0010]进一步的，所述钠源选自氟化钠和碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、乙酸钠以及硝酸钠中的至少一种；氟化钠的占比取决于该材料F掺杂的量；
[0011]所述镍源选自乙酸镍，碳酸镍，氢氧化镍，或硝酸镍中的一种或多种；
[0012]所述锰源选自乙酸锰，碳酸锰，氢氧化锰，或硝酸锰中的一种或多种；
[0013]所述镉源选自乙酸镉，碳酸镉，氢氧化镉，或硝酸镉中的一种或多种；
[0014]所述M，N，P源选自M，N，P的乙酸盐，碳酸盐，硝酸盐，氢氧化物中的一种或多种。
[0015]进一步的，所述络合剂为柠檬酸或尿素中的一种。
[0016]进一步的，步骤一中所述搅拌时间为0.5
‑
2h。
[0017]进一步的，步骤三中所述水热反应的温度为80
‑
140℃，反应的时间为6
‑
12h.
[0018]进一步的，步骤三中所述烘干温度为120
‑
250℃，烘干时间为6
‑
15h。
[0019]进一步的，步骤四中所述烧结过程中的升温速率为2
‑
10℃/min，中温保温温度为450
‑
600摄氏度，保温时间为3
‑
8h，高温保温温度为800
‑
1100℃，保温时间为8
‑
15h。
[0020]本专利技术还提供一种采用如前所述的高电压平台钠离子电池正极材料制备方法制得的钠离子电池正极材料，所述钠离子电池正极材料的化学通式为Na
x
Ni
a
Mn
b
Cd
C
M
d
N
e
P
f
O
y
F2‑
y
；
[0021]其中M，N，P为变价金属Mg,Fe，Cu，V，Cr，Zr，Ca中的一种或多种，x，a，b，c，d，e,f和y分别为对应元素所占的摩尔百分比，化学通式中各组分满足电荷守恒和化学计量守恒且0.67<x<1，1.2<y<2。a，b，c，d,e的关系满足a+b+c+d+e+f＝1，其中0<a<1.0；0<b<1.0；0<c<1.0；0＜d<1.0；0＜e<1.0；0＜f<1.0。
[0022]本专利技术还提供了提供了一种钠离子电池正极材料的应用，该钠离子电池正极材料应用于钠离子电池的正极极片。
[0023]进一步的，所述钠离子电池的正极极片包括：集流体和涂覆在集流体上的粘结剂、导电添加剂以及所述钠离子电池正极材料；所述集流体为：铝箔；所述导电添加剂具体包括：导电炭黑，乙炔黑，石墨烯，短切碳纤维或碳纳米管中的一种或多种；所述粘结剂具体包括：聚偏二氟乙烯(PVDF)，羧甲基纤维素钠(CMC)，丁苯橡胶(SBR)或海藻酸钠中的一种或多种。
[0024]有益效果：与现有技术相比，本专利技术通过多熵合金的引入，增加了电荷的数量，减少了在钠离子电池充放电过程中的结构变化，Cd金属的加入，由于其较大的原子半径，增大了层状氧化物的层间距，增加钠离子的嵌入/脱出；同时氧化还原电势高，提高电压平台，抑制氧离子的氧化析出，增加材料在高压下的稳定性。同时在氧层中引进F
﹣
，增强材料的电负性，提高变价氧的可逆性。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1和对比例1提供的一种钠电正极材料的充放电对比图；
[0026]图2为本专利技术实施例1提供的一种钠点正极材料的100圈容量循环图。
具体实施方式
[0027]为了便于理解本专利技术，下面将参照附图对本专利技术进行更加全面的描述。本专利技术可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例。相反的，提供实施例是为了使对本专利技术公开的内容更加透彻全面。
[0028]本专利技术提供一种高电压平台钠离子电池正极材料，其通式为Na
x
Ni
a
Mn
b
Cd
C
M
d
N
e
P
f
O
y
F2‑
y
，其中M，N，P为变价金属Mg,Fe，Cu，V，Cr，Zr，Ca中的一种或多种，x，a，b，c，d，e，f和y分别为对应元素所占的摩尔百分比，化学通式中各组分满足电荷守恒和化学计量守恒且0.67<x<1，1.2<y<2。a，b，c，d,e的关系满足a+b+c+d+e+f＝1，其中0<a<1.0；0<b<1.0；0<c<1.0；0＜d<1.0；0＜e<1.0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电压平台钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将钠源，镍源，锰源，镉源，M，N，P源按照计量比搅拌分散在去离子水中，得到金属溶液；步骤二、将和金属盐等质量的络合剂溶解于去离子水中，并滴加在所述金属溶液中，得到混合溶液；步骤三、将所述混合溶液转移到不锈钢聚四氟乙烯内衬高压釜中进行水热反应，并将反应后的产物转移至烘箱烘干，得到干燥的前驱体；步骤四、将所述前驱体放入马弗炉进行烧结，得到所述高电压平台钠离子电池正极材料。2.根据权利要求1所述的一种高电压平台钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述钠源选自氟化钠和碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、乙酸钠以及硝酸钠中的至少一种；氟化钠的占比取决于该材料F掺杂的量；所述镍源选自乙酸镍，碳酸镍，氢氧化镍，或硝酸镍中的一种或多种；所述锰源选自乙酸锰，碳酸锰，氢氧化锰，或硝酸锰中的一种或多种；所述镉源选自乙酸镉，碳酸镉，氢氧化镉，或硝酸镉中的一种或多种；所述M，N，P源选自M，N，P的乙酸盐，碳酸盐，硝酸盐，氢氧化物中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种高电压平台钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述络合剂为柠檬酸或尿素中的一种。4.根据权利要求1所述的一种高电压平台钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述搅拌时间为0.5
‑
2h。5.根据权利要求1所述的一种高电压平台钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤三中所述水热反应的温度为80
‑
140℃，反应的时间为6
‑
12h。6.根据权利要求1所述的一种高电压平台钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤三中所述烘干温度为120
‑
250℃，烘干时间为6
‑
15h。7.根据权利要求1所述的一种高电压平台钠离子电池正极材料的制备方法，其特征是：步骤四中所述烧结过程中的升温速率为2
‑
10℃/min，中温保温温度为450
...

【专利技术属性】
技术研发人员：冒泽阳，张国安，
申请(专利权)人：苏州德加能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：