一种铌掺杂的层状氧化物材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铌掺杂的层状氧化物材料及制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种铌掺杂的层状氧化物材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及材料
，特别涉及一种铌掺杂的层状氧化物材料及制备方法
。

技术介绍

[0002]随着全球环境污染的加剧和不可再生能源储量的减少，开发新能源
、
加快能源转型迫在眉睫
。
二次电池电化学储能因储能简易
、
高效，成为目前最受关注的储能方式之一，特别是锂离子电池在电子产品的市场应用中取得了巨大成功
。
锂的自然资源丰度低，限制了其进一步大规模应用
。
钠与锂同为碱金属元素，二者的物理化学性能十分相似，且钠储量高
、
分布广
、
成本低，因此钠离子电池被认为是补充锂离子电池需求的十分有前景的二次电池技术之一
。
[0003]层目前有大量文献报道作为钠离子电池正极材料的层状氧化物，较为常见的包括
O3
相的
NaFe
X
Mn
Y
O2、NaNi
X
Mn
Y
O2、NaFe
X
Co
Y
O2和
P2
相
Na
x
CoO2、Na
x
MnO2。
单一相结构的材料均有各自的缺点，
O3
型材料具有相对较多
Na+
空位和相对较低的
Na+
扩散速率，
P2
型材料通常显示出比<br/>O3
型材料更优的电化学动力学性能；缺钠态导致了
P2
型材料的初始容量较低，此外，
P2
型材料有剧烈的
P2
‑
O2
相变，其结构稳定性与
O3
型氧化物相比更差
。
故研发人员常常设计
P2/O3
混相结构来改善单一相的性能
。
但是
P2/O3
混相材料分子式中的钠含量一般＜1，钠离子电池中的钠离子数量比较低，故可采用
O3
相正极材料包覆在
P2/O3
混相结构外，以达到弥补钠离子数量较低的问题；然而
O3
层的包覆通常会导致正极材料的离子迁移率降低，进一步影响内核
P2/O3
混相材料的离子迁移率
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中所存在的
P2/O3
混相材料钠离子数量低
、
离子迁移率低的技术问题，从而通过采用铌掺杂的
O3
相正极材料对
P2/O3
混相层状氧化物材料进行包覆，同时严格控制包覆层的厚度，以显著改善层状氧化物正极材料的电化学性能，大幅度提高其倍率性能和循环稳定性
。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术是通过如下技术方案得以实现的
。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种铌掺杂的层状氧化物材料，包括内核材料以及包覆层；
[0007]所述内核材料为钠离子层状氧化物材料；
[0008]所述包覆层的分子式为
Na
x2
Mn
y2
Nb
j
M2
z2
O2±
α
，其中
0.6
＜
x2
＜
1.5
，0＜
y2
＜
0.9
，0＜
j≤0.3
，
0.2
＜
z2
＜
0.8
，
‑
0.02≤
α
≤0.02
，
M2
选自
Fe
，
Ni
，
Ti
，
Mg
，
Zr
，
W
中的一种或多种
。
[0009]作为优选地，所述内核材料的分子式为
Na
x1
Mn
y1
M1
z1
O2，其中
0.8
＜
x1
＜1，
0.7
＜
y1
＜1，
0.01
＜
z1
＜
0.5
，
M1
选自
Ti
，
Mg
，
Zn
，
Fe、Zr
，
W
，
Cu
中的一种或多种
。
[0010]应理解的是，在无特别说明的情况下，本专利技术上下文中所述
x1、y1、z1、x2、y2、z2、j
等代表锰基层状氧化物钠离子正极材料中代表各元素的相对摩尔百分比，例如当
x1
＝
0.9
，
y1
＝
0.8
，
z1
＝
0.2
时，所述包覆层分子式即为
Na
0.9
Mn
0.8
M1
0.2
O2。
[0011]作为优选地，所述包覆层的厚度为
30
‑
300nm
；最优选地，所述包覆层的厚度为
50
‑
200nm。
[0012]作为优选地，所述
x1
和
x2
满足如下关系：
1.03≤x2/x1≤1.3。
[0013]作为优选地，所述
y1
和
y2
满足如下关系：
0.25
＜
y2/y1
＜
0.68。
[0014]作为优选地，所述
y1
和
z1
满足如下关系：
y1+z1
＝
1。
[0015]作为优选地，所述
y2、z2
和
j
满足如下关系：
y2+z2+j
＝
1。
[0016]作为优选地，所述
M2
选自
Ni。
[0017]作为优选地，所述铌掺杂的层状氧化物材料的
D50
为5‑
15
μ
m。
[0018]作为优选地，所述铌掺杂的层状氧化物材料的比表面积
BET
为
0.3
‑
0.7m2/g。
[0019]作为优选地，所述内核材料为
P2/O3
混相结构
。
[0020]作为优选地，所述包覆层为
O3
相
。
[0021]本专利技术第二方面提供了上述铌掺杂的层状氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种铌掺杂的层状氧化物材料，其特征在于，包括内核材料以及包覆层；所述内核材料为钠离子层状氧化物材料；所述包覆层的分子式为
Na
x2
Mn
y2
Nb
j
M2
z2
O2±
α
，其中
0.6
＜
x2
＜
1.5
，0＜
y2
＜
0.9
，0＜
j≤0.3
，
0.2
＜
z2
＜
0.8
，
‑
0.02≤
α
≤0.02
，
M2
选自
Fe
，
Ni
，
Ti
，
Mg
，
Zr
，
W
中的一种或多种
。2.
根据权利要求1所述的铌掺杂的层状氧化物材料，其特征在于，所述内核材料的分子式为
Na
x1
Mn
y1
M1
z1
O2，其中
0.8
＜
x1
＜1，
0.7
＜
y1
＜1，
0.01
＜
z1
＜
0.5
，
M1
选自
Ti
，
Mg
，
Zn
，
Fe、Zr
，
W
，
Cu
中的一种或多种
。3.
根据权利要求1所述的铌掺杂的层状氧化物材料，其特征在于，所述包覆层的厚度为
30
‑
300nm。4.
根据权利要求2所述的铌掺杂的层状氧化物材料，其特征在于，所述
x1
和
x2
满足如下关系：
1.03≤x2/x1≤1.3。5.
根据权利要求2所述的铌掺杂的层状氧化物材料，其特征在于，所述
y...

【专利技术属性】
技术研发人员：李修平，蔡伟华，赵建明，郭启涛，
申请(专利权)人：深圳华钠新材有限责任公司，
类型：发明
国别省市：