一种正极材料及其制备方法、正极片和钠离子电池技术

本发明专利技术公开了一种正极材料及其制备方法、正极片和钠离子电池，所述正极材料的化学通式为Na

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及其制备方法、正极片和钠离子电池


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、正极片和钠离子电池。

技术介绍

[0002]储能技术是平衡各类能量应用需求，提高能量使用效率的有效手段。其中，锂离子电池具有理论容量高、质量轻、循环寿命优异等特性备受关注。然而，由于锂资源分布不均、储量匮乏，减少对锂资源的依赖，寻找可替代产品是至关重要的。与锂离子电池相比，钠离子电池成本更低，因为钠资源更加丰富且广泛分布，具有天然的成本优势。
[0003]钠离子电池的工作机制与锂离子电池相似，其正极材料也可大致分为三类：过渡金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物。目前，层状过渡金属氧化物Na
x
MO2(x为0.7～1.0；M为Mn、Fe、Ni、Co等过渡金属元素)是热门的研究对象之一，因为其具有可逆的钠离子脱嵌能力和稳定的层状结构。其中，层状NaFeO2材料由于其生产成本低、原料来源丰富、无毒以及高达242mAh/g的理论容量备受关注。然而，在钠离子电池实际应用中，层状NaFeO2的充电截止电压不高于3.5V，并表现出约80mAh/g的比容量。这是因为NaFeO2在脱出Na含量大于0.5后会发生不可逆的结构变化，伴随着可逆比容量迅速下降以及电压滞后显著增加。为此，提供一种方法用于解决或减缓NaFeO2在高电压下结构不稳定是很有必要的。
[0004]鉴于此，本专利技术提供一种铁基过渡金属氧化物用于钠离子电池。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：提供一种以Fe为主要的活性中心的铁基过渡金属氧化物，Fe活性中心提供电子和容量，过渡金属M既提供容量，还抑制Fe的迁移，降低电压滞后的现象。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种正极材料，所述正极材料的化学通式为Na
x
Fe
y
M1‑
y
O2；其中，0.7＜x≤1.0；0.6≤y＜1.0，M为Ni、Mn、Co、V、Ti、Zn、Mo、Mg或Cu中的至少一种。
[0008]优选地，所述正极材料在衍射角为2θ的XRD谱图有以下特征峰：特征峰A：2θ＝16.4
±
0.2
°
、特征峰B：2θ＝41.5
±
0.2
°
、特征峰C：2θ＝33.3
±
0.2
°
、特征峰D：2θ＝35.2
±
0.2
°
、特征峰E：2θ＝36.5
±
0.2
°
、特征峰F：2θ＝44.7
±
0.2
°
、特征峰G：2θ＝53.1
±
0.2
°
、特征峰H：2θ＝58.1
±
0.2
°
、特征峰I：2θ＝62.0
±
0.2
°
、特征峰J：2θ＝64.8
±
0.2
°
、特征峰K：2θ＝68.5
±
0.2
°
、特征峰L：2θ＝70.2
±
0.2
°
、特征峰M：2θ＝72.3
±
0.2
°
、特征峰N：2θ＝74.3
±
0.2
°
和特征峰O：2θ＝77.5
±
0.2
°
。
[0009]优选地，所述特征峰A的强度I1与所述特征峰B的强度I2满足关系式：I1/I2＝0.6～1.0。
[0010]本专利技术还提供一种上述正极材料的制备方法，其步骤包括：按Na
x
Fe
y
M1‑
y
O2中的摩尔比分别称取钠源、铁源、锰源、钴源、铜源和镍源，加入溶液进行均匀混合后，放置于马弗炉中进行烧结，即得到正极材料。
[0011]优选地，所述钠源为硫酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠中的至少一种；所述铁源为硫酸亚铁、草酸亚铁、三氧化二铁、氢氧化铁中的至少一种；所述锰源为硫酸锰、醋酸锰、草酸锰、四氧化三锰、二氧化锰中的至少一种；所述钴源为四氧化三钴、硫酸钴、醋酸钴、氯化钴中的至少一种；所述铜源为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜中的至少一种；所述溶液为异丙醇、乙醇、甲醇中的至少一种。
[0012]优选地，所述混合采取机械力原理进行混合，混合方式为砂磨、球磨中的至少一种。
[0013]优选地，所述烧结分为两次烧结，第一次烧结温度为750～850℃、烧结时间为2～6h；第二次烧结温度为900～1000℃、烧结时间为4～10h。
[0014]本专利技术还提供一种正极片，包括正集流体及涂覆在正集流体上的正极材料，所述正极材料为上述的正极材料。
[0015]本专利技术还提供一种钠离子电池，包括上述的正极片。
[0016]优选地，所述钠离子电池的充放电曲线为平滑曲线；所述钠离子电池的工作电压为2.0～4.20V；所述钠离子电池的平均工作电压为2.80～3.20V；所述钠离子电池在0.02C电流密度下的比容量为90～130mAh/g。
[0017]本专利技术的有益效果在于：本专利技术以铁基作为主要的活性中心和掺杂其他过渡金属氧化物，Fe活性中心提供电子和容量，过渡金属M既提供容量，还抑制Fe的迁移，降低电压滞后的现象。
[0018]Fe的迁移归因于充电过程中仅有过渡金属Fe参与电荷补偿。NaFeO2晶体结构中Fe在相邻两层过渡金属层的均匀氧化会诱导同一钠层的钠全部脱出，进而导致钠空层的形成；而本专利技术的Na
x
Fe
y
M1‑
y
O2晶体中M金属的掺杂可以有效地分散过渡金属层的氧化位置，使随机脱钠过程(即充电过程)转化为选择性脱钠，抑制同一钠层的钠全部脱出，显著地提高材料的结构稳定性和循环性能。同时，在制备正极材料Na
x
Fe
y
M1‑
y
O2时，还使用了分步烧结法，使得各原料间反应更充分和更好的保护正极材料的结构，进而保证了正极材料的电化学性能。
附图说明
[0019]图1为实施例1
‑
4的正极材料在衍射角为2θ的XRD谱图；
[0020]图2为实施例1
‑
4的正极材料的SEM图；
[0021]图3为实施例1
‑
4的钠离子电池的首次充放电曲线图；
[0022]图4为实施例1的钠离子电池的循环性能图。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，对本专利技术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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学通式为Na
x
Fe
y
M1‑
y
O2；其中，0.7＜x≤1.0；0.6≤y＜1.0，M为Ni、Mn、Co、V、Ti、Zn、Mo、Mg或Cu中的至少一种。2.根据权利要求1中所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料在衍射角为2θ的XRD谱图有以下特征峰：特征峰A：2θ＝16.4
±
0.2
°
、特征峰B：2θ＝41.5
±
0.2
°
、特征峰C：2θ＝33.3
±
0.2
°
、特征峰D：2θ＝35.2
±
0.2
°
、特征峰E：2θ＝36.5
±
0.2
°
、特征峰F：2θ＝44.7
±
0.2
°
、特征峰G：2θ＝53.1
±
0.2
°
、特征峰H：2θ＝58.1
±
0.2
°
、特征峰I：2θ＝62.0
±
0.2
°
、特征峰J：2θ＝64.8
±
0.2
°
、特征峰K：2θ＝68.5
±
0.2
°
、特征峰L：2θ＝70.2
±
0.2
°
、特征峰M：2θ＝72.3
±
0.2
°
、特征峰N：2θ＝74.3
±
0.2
°
和特征峰O：2θ＝77.5
±

【专利技术属性】
技术研发人员：陈逊杰，李诗文，王城隆，徐健，农廷峰，赵孝连，
申请(专利权)人：高点深圳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：