包覆型钠基层状氧化物复合材料及其制备方法和钠离子电池技术

本发明专利技术公开了一种包覆型钠基层状氧化物复合材料及其制备方法和钠离子电池，复合材料包括基体和包覆在基体表面的包覆层；基体为O3型钠基层状过渡金属氧化物；包覆层为钴酸锂层。本发明专利技术通过在基体表面生成一层致密的钴酸锂保护层，使得基体与空气不能直接接触，降低了基体表面残碱与空气的副反应，提高了材料的空气稳定性能力；同时，包覆层还提高了基体的导电性，并且阻止了电解液和基体的直接接触，降低了基体材料界面的副反应，进而提高了材料的循环性能，获得了空气稳定性强、电化学性能优异的钠电正极材料。优异的钠电正极材料。优异的钠电正极材料。

【技术实现步骤摘要】
包覆型钠基层状氧化物复合材料及其制备方法和钠离子电池


[0001]本专利技术属于电池材料
，具体涉及一种包覆型钠基层状氧化物复合材料及其制备方法和钠离子电池。

技术介绍

[0002]随着新能源储能技术的发展，锂离子电池由于锂资源的稀缺，价格持续高位等原因，导致其在大规模储能领域中的应用受到了较大的阻碍。钠离子电池的工作原理与锂离子电池类似，且其在安全性和循环寿命方面比锂离子电池更加有优势，更加适合应用于储能领域。且从全球资源储量来看，钠资源储量丰富，分布更广泛，综合性价比高。由于以上原因，使得钠离子电池得到了大量新能源企业的青睐，被认为是未来新一代的大规模能源储存电池的不二选择。
[0003]近年来，钠基层状过渡金属氧化物Na
x
MO2由于具有可逆脱嵌钠离子的晶体结构、比容量高、制备方法简单以及价格低廉等一系列优势，使其得到储能领域科学家的深入研究，成为钠离子正极材料中的关注焦点。
[0004]常见的钠基层状过渡金属氧化物主要分为两大类：P2型和O3型，由于O3型材料的空气稳定性差和循环性能差等问题，使得该类材料在实际制备、运输和钠离子电池等方面受到了极大的限制，不仅影响材料性能，还会增加生产和使用成本。因此，寻找一种提升O3型层状金属氧化物材料的空气稳定性和循环寿命成为推动其大规模在钠电中应用的关键。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
中存在的O3型层状金属氧化物材料的空气稳定性差及循环寿命短的问题，本专利技术提供了一种包覆型钠基层状氧化物复合材料及其制备方法和钠离子电池。
[0006]具体地，本专利技术第一方面提供了一种包覆型钠基层状氧化物复合材料，所述复合材料包括基体和包覆在所述基体表面的包覆层；其中，所述基体为O3型钠基层状过渡金属氧化物；所述包覆层为钴酸锂层。
[0007]进一步地，本专利技术中包覆层的厚度在20nm以内，优选地包覆层的厚度为5
‑
15nm。
[0008]进一步地，所述O3型钠基层状过渡金属氧化物的化学通式为NaMO2；其中，M选自I B族、VII B族、VIII B族中的至少一种元素。
[0009]进一步地，所述M选自Ni、Fe、Cu、Mn中的至少一种。
[0010]更进一步地，所述M包括Ni、Fe和Mn；其中，Ni、Fe和Mn的摩尔比为1:1:1。
[0011]进一步地，所述钴酸锂层中的锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、氧化锂中的至少一种；所述钴酸锂层中的的钴源选自四氧化三钴、氢氧化亚钴中的任意一种。
[0012]更进一步地，所述钴源与所述钠基层状过渡金属氧化物的摩尔比为0.2
‑
0.5:100。
[0013]具体地，所述钴源与所述钠基层状过渡金属氧化物的摩尔比的下限可独立选自0.2:100、0.25:100、0.3:100、0.4:100、0.5:100，或者上述两个比值之间的任意比值。
[0014]本专利技术第二方面提供了一种上述的包覆型钠基层状氧化物复合材料的制备方法，所述方法至少包括：
[0015]获取钠基层状过渡金属氧化物；
[0016]将所述钠基层状过渡金属氧化物与锂源、钴源混合，得到混合物II；
[0017]对所述混合物II进行煅烧，得到包覆型钠基层状氧化物复合材料。
[0018]进一步地，所述钠基层状过渡金属氧化物的获取方法，包括：
[0019]按照钠基层状过渡金属氧化物的组成要求，将钠源和过渡金属氧化物/过渡金属氢氧化物前驱体混合，得到混合物I；
[0020]对所述混合物I进行煅烧，得到所述钠基层状过渡金属氧化物。
[0021]进一步地，所述钠源选自醋酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种；所述过渡金属氢氧化物前驱体选自过渡金属元素的氢氧化物或碳酸盐。
[0022]进一步地，所述混合物I的煅烧条件为：煅烧在空气或氧气气氛下进行，煅烧温度为850
‑
1100℃，煅烧时间为10
‑
24h。
[0023]具体地，所述煅烧温度的下限可独立选自850℃、880℃、900℃、920℃、950℃、980℃、1000℃、1100℃，或者上述两个数值之间的任意点值。
[0024]具体地，所述煅烧时间的上限可独立选自10h、12h、14h、15h、18h，所述煅烧时间的下限可独立选自19h、20h、21h、22h、24h。
[0025]进一步地，所述混合物II中，按照锂元素和钴元素的摩尔数计，所述锂源与所述钴源的摩尔比为1.0
‑
1.1:1。
[0026]所述钴源与所述钠基层状过渡金属氧化物的摩尔比为0.2
‑
0.5:100。
[0027]所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、氧化锂中的至少一种；所述钴源选自四氧化三钴、氢氧化亚钴中的任意一种。
[0028]具体地，所述锂源与所述钴源的摩尔比可独立选自1.0:1、1.02:1、1.04:1、1.05:1、1.07:1、1.09:1、1.1:1，或者上述两个比值之间的任意比值。
[0029]具体地，所述钴源与所述钠基层状过渡金属氧化物的摩尔比的下限可独立选自0.2:100、0.25:100、0.3:100、0.4:100、0.5:100，或者上述两个比值之间的任意比值。
[0030]进一步地，所述混合物II的煅烧条件为：煅烧在空气或氧气气氛下进行，煅烧温度为600
‑
800℃，煅烧时间为5
‑
12h。
[0031]具体地，所述煅烧温度的下限可独立选自600℃、625℃、650℃、700℃、750℃、800℃，或者上述两个数值之间的任意点值。
[0032]具体地，所述煅烧时间的上限可独立选自5h、5.5h、6h、6.5h、7h，所述煅烧时间的下限可独立选自8h、9h、10h、11h、12h。
[0033]本专利技术第三方面提供了一种钠离子电池，所述钠离子电池的正极材料包括上述的包覆型钠基层状氧化物复合材料；或包括上述的制备方法得到的包覆型钠基层状氧化物复合材料。
[0034]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0035]本专利技术所提供的包覆型钠基层状氧化物复合材料的制备方法，通过在O3型钠基层状过渡金属氧化物基体表面生成一层致密的钴酸锂保护层，由于钴酸锂与O3型钠基层状过渡金属氧化物均为层状结构，基体与包覆层结合更为紧密，包覆效果更优。由于钴酸锂包覆
层的作用，使得O3型钠基层状过渡金属氧化物与空气不能直接接触，降低了O3型钠基层状过渡金属氧化物表面残碱与空气的副反应，提高了材料的空气稳定性能力。
[0036]此外，由于钴酸锂的导电性优于O3型钠基层状过渡金属氧化物，本专利技术将钴酸锂包覆在O3型钠基层状过渡金属氧化物表面，提升O3型钠基层状过渡金属氧化物基体的导电性，进一步由于钴酸锂包覆层阻止了电解液和基体的直接接触，降低了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆型钠基层状氧化物复合材料，其特征在于，所述复合材料包括基体和包覆在所述基体表面的包覆层；其中，所述基体为O3型钠基层状过渡金属氧化物；所述包覆层为钴酸锂层。2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述O3型钠基层状过渡金属氧化物的化学通式为NaMO2；其中，所述M选自I B族、VII B族、VIII B族中的至少一种元素。3.如权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述M选自Ni、Fe、Cu、Mn中的至少一种。4.如权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述M包括Ni、Fe和Mn；其中，所述Ni、Fe和Mn的摩尔比为1:1:1。5.一种权利要求1
‑
4中任一项所述的包覆型钠基层状氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法至少包括：获取钠基层状过渡金属氧化物；将所述钠基层状过渡金属氧化物与锂源、钴源混合，得到混合物II；对所述混合物II进行煅烧，得到包覆型钠基层状氧化物复合材料。6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述钠基层状过渡金属氧化物的获取方法，包括：按照钠基层状过渡金属氧化物的组成要求，将钠源和过渡金属氧化物/过渡金属氢氧化物前驱体混合，得到混合物I；其中，所述钠源选自醋酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种；所述过渡金属氢氧化物前驱体选自过渡金属元...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛鹏，谷根飞，张冰洁，苏恒，刘振华，庞小飞，李鹏涛，
申请(专利权)人：创普斯深圳新能源科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：