一种复合正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种复合正极材料及其制备方法和应用。复合正极材料包括内核以及包覆在内核的至少部分表面的包覆层；内核包括Na

【技术实现步骤摘要】
一种复合正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种复合正极材料及其制备方法和应用，属于二次电池


技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种能量密度高、使用寿命长的储能器件，被广泛应用于手机、笔记本电脑等电子设备当中。然而锂资源储量有限并且价格昂贵，锂资源的供应难以满足日益增长的移动电子产品和汽车工业的需求。因此，开发廉价、安全、高性能的储能电池将是未来储能技术的发展方向。
[0003]由于钠元素与锂元素具有相近的电化学性质(表现在钠离子和锂离子的脱嵌机制相同，以及钠离子的电势与锂离子的电势接近)，使得钠离子电池的制备工艺与锂离子电池的制备工艺接近。然而，用于制备钠离子电池的钠资源与锂资源相比，钠资源的储量极其丰富，钠资源的成本远低于锂资源，因此钠离子电池具有广阔的应用前景。
[0004]钠离子电池中的钠离子电池正极材料是决定钠离子电池性能的关键，常用的钠离子电池正极材料包括聚阴离子型正极材料、普鲁士蓝正极材料以及O3相层状正极材料。其中，O3相层状正极材料由于具备容量高，可制造性好的优点，近年来得到了广泛的研究，但是，O3相层状正极材料也存在空气稳定性差，充放电过程中存在复杂相变导致电池循环性差的缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种复合正极材料，该复合正极材料特殊的组成以特殊的晶相结构使得其应用于电池时，可以提高电池的初始容量、倍率性能以及循环性能。
[0006]本专利技术提供一种复合正极材料的制备方法，该制备方法能够制备出上述的复合正极材料，并且制备工艺简单，适用于广泛推广应用。
[0007]本专利技术提供一种电池，该电池包括上述的复合正极材料，因此该电池具有优异的初始容量、倍率性能以及循环性能。
[0008]本专利技术提供一种复合正极材料，其中，包括内核以及包覆在所述内核的至少部分表面的包覆层；
[0009]所述内核包括式1所示的化合物；
[0010]Na
x
M1
a
Mn1‑
a
O2式1；
[0011]所述包覆层包括式2所示的化合物；
[0012]Na
y
M1
b
Mn1‑
b
‑
c
M2
c
O2‑
d
T
d
式2；
[0013]其中，0.8<x<1，0<a<0.7，0.5<y<1，0<b<0.7，0<c<0.1，0<d≤0.1，M1选自过渡金属元素，M2选自电化学惰性元素，T为F和/或N；
[0014]所述内核的钠层间距d
O
‑
Na
‑
O
为
[0015]所述包覆层的钠层间距d
’
O
‑
Na
‑
O
为
[0016]1％≤(d
’
O
‑
Na
‑
O
‑
d
O
‑
Na
‑
O
)/d
O
‑
Na
‑
O
<3％。
[0017]如上所述的复合正极材料，其中，M1选自Fe、Ni、Co、V、Ti、Cr、Cu、Zn和Ga中的至少一种；和/或，
[0018]M2选自B、Mg、Ca、Al、Zr、Si、Ge、Sn和Sb中的至少一种。
[0019]如上所述的复合正极材料，其中，基于所述复合正极材料的总质量，所述内核的质量百分含量W
内
满足，0.95≤W
内
＜1；所述包覆层的质量百分含量W
外
满足，0＜W
外
≤0.05。
[0020]如上所述的复合正极材料，其中，所述复合正极材料的Dv50为4.5μm～12μm。
[0021]如上所述的复合正极材料，其中，所述复合正极材料的Dv50为6μm～9μm。
[0022]如上所述的复合正极材料，其中，所述复合正极材料的表面CO
32
‑
含量<8000ppm。
[0023]本专利技术提供一种如上所述的复合正极材料的制备方法，其中，包括：
[0024]将内核与包覆层原料体系混合得到混合体系，将混合体系分散于溶剂中形成浆料；
[0025]调节所述浆料的pH为11.5
‑
13后，对所述浆料进行喷雾干燥处理，获得待烧料；
[0026]对所述待烧料进行烧结处理，得到所述复合正极材料；
[0027]其中，所述内核包括式1所示的化合物；
[0028]Na
x
M1
a
Mn1‑
a
O2式1；0.8<x<1，0<a<0.7，M1选自过渡金属元素；
[0029]所述包覆层原料体系包括钠源、过渡金属源、电化学惰性元素源以及阴离子源，所述阴离子源为氟源和/或氮源。
[0030]如上所述的制备方法，其中，所述喷雾干燥处理中，喷雾进风温度为230
‑
280℃，出料温度为90～120℃。
[0031]如上所述的制备方法，其中，所述烧结处理中，温度为800～900℃，时间为7～10h。
[0032]本专利技术提供一种电池，其中，包括如上所述的复合正极材料。
[0033]本专利技术的复合正极材料具有特殊的组成以特殊的晶相结构，该复合正极材料应用于电池时能够提高电池的放电容量、倍率性能以及循环性能。
[0034]本专利技术的复合正极材料的制备方法，能够制备出上述具有特殊组成以及特殊晶相结构的复合正极材料，并且该制备方法制备工艺简单，适用于广泛推广应用。
[0035]本专利技术的电池，包括上述特殊组成以及特殊晶相结构的复合正极材料，其具有优异的放电容量、倍率性能以及循环性能。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例或相关技术中的技术方案，下面对本专利技术实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0037]图1为本专利技术实施例1中复合正极材料的内核以及包覆层的XRD图；
[0038]图2为图1中A区域的局部放大图；
[0039]图3为本专利技术实施例1中复合正极材料的内核的表面SEM图；
[0040]图4为本专利技术实施例1中复合正极材料的表面SEM图。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合正极材料，其特征在于，包括内核以及包覆在所述内核的至少部分表面的包覆层；所述内核包括式1所示的化合物；Na
x
M1
a
Mn1‑
a
O2式1；所述包覆层包括式2所示的化合物；Na
y
M1
b
Mn1‑
b
‑
c
M2
c
O2‑
d
T
d
式2；其中，0.8<x<1，0<a<0.7，0.5<y<1，0<b<0.7，0<c<0.1，0<d≤0.1，M1选自过渡金属元素，M2选自电化学惰性元素，T为F和/或N；所述内核的钠层间距d
O
‑
Na
‑
O
为所述包覆层的钠层间距d
’
O
‑
Na
‑
O
为并且，1％≤(d
’
O
‑
Na
‑
O
‑
d
O
‑
Na
‑
O
)/d
O
‑
Na
‑
O
<3％。2.根据权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，M1选自Fe、Ni、Co、V、Ti、Cr、Cu、Zn和Ga中的至少一种；和/或，M2选自B、Mg、Ca、Al、Zr、Si、Ge、Sn和Sb中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的复合正极材料，其特征在于，基于所述复合正极材料的总质量，所述内核的质量百分含量W
内
满足，0.95≤W
内
＜1；所述包覆层的质量百分含量W
外
满足，0＜W
外
≤0.05。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的复合正极材料，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢骋，王荣群，薛志高，
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：