一种磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料及其制备方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]钠离子电池正极材料中，层状金属氧化物合成容易，容量较高
。
但由于材料表面易与电解液反应并发生结构转变，导致循环寿命较差
。
常用的改善方法是进行氧化物包覆，减少与电解液的接触面积进而减弱副反应
。
但氧化物包覆层是绝缘体，电子导电性差，表面包覆氧化物后，层状氧化物钠电正极材料的导电能力下降，导致倍率性能降低
。
而且氧化物包覆很难实现均匀包覆，一般呈现不连续的颗粒包覆层，正极材料表面仍然有较大比例面积裸露，与电解液直接反应
。
[0003]在聚阴离子钠电正极材料中，碳包覆是提升材料的导电性的常用手段，碳包覆的常用方法是将葡萄糖
、
蔗糖等含碳有机物与正极材料混合后，在大于
500
度的高温和惰性气氛保护下碳化，实现材料表面的碳包覆
。
但层状氧化物，在高温条件下和碳源易于发生氧化还原反应，造成晶体结构破坏，均匀的碳包覆较难获得
。
层状氧化物材料常用的碳包覆方法是将其与单质碳即碳管
、
炭黑
、
碳纤维等进行物理混合，实现表面的包覆，但物理混合包覆的碳存在接触不牢
、
包覆不全等缺点，难以有效提升正极材料的导电性和界面稳定性
。
专利技术内容
[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供能够增加碳的层间距
、
有利于钠离子传输的一种磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料及其制备方法
。
[0005]技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术的一种磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料及其制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1
：将钠电层状氧化物正极材料粉末放入
PECVD
设备腔体中的衬底上，调节衬底高度使钠电层状氧化物正极材料粉末位于气体等离子体反应区域内；
[0007]S2
：对
PECVD
设备进行抽真空至小于
20Torr
，对衬底加热至
200
‑
400℃
；
[0008]S3
：将碳源气体与载气
、
磷烷的混合气体通入
PECVD
设备腔体中，加热
PECVD
设备，点燃微波等离子体，调节微波功率，将功率维持在
1000
‑
3500W
范围内，反应1‑
10h
；
[0009]S4
：停止通入气体和加热
PECVD
设备，待衬底温度降低至
100℃
以下时，通入氮气使腔体达到常压，取出粉末材料，即得到磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料
。
[0010]进一步地，所述磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料的表面均匀包覆有厚度为1‑
10nm
的含磷的碳层
。
[0011]进一步地，所述含磷的碳层占复合材料的质量比为
0.5
‑3％，碳层中磷含量为
0.01
‑2％
。
[0012]进一步地，所述磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料的表达式为
Na
x
Ma
y
Mb
z
Mc
v
Md
w
O2‑
C
，其中
1≥x
，
y
，
z
，
v
，
w≥0。
[0013]进一步地，
Ma、Mb、Mc、Md
为
Fe、Mn、Cu、Ni
中的任意一种
。
[0014]优选地，所述磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料为
NaNi
1/3
Fe
1/3
Mn
1/3
O2‑
C。
[0015]优选地，所述磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料为
Na
0.9
Fe
0.22
Cu
0.3
Mn
0.48
O
‑
C。
[0016]进一步地，所述碳源气体为甲烷
、
乙烷
、
乙炔
、
乙烯
、
丙烯中的一种或多种；所述载气为氢气
、
氩气
、
氮气及氦气中的一种或多种
。
[0017]进一步地，所述碳源气体：磷烷：载气＝1‑
10
：1：3‑
20。
[0018]PECVD
是半导体行业用来制备薄膜的一种常用方法，其原理是将气态前驱物在等离子体作用下发生离子化，形成激发态的活性基团，这些活性基团通过扩散到达待包覆材料表面，进而发生化学反应沉积到待包覆材料表面上
。PECVD
相比其他气相反应，具有反应温度低的突出优点
。
[0019]有益效果：
1、
本专利技术设计一种具有碳包覆层的层状氧化物钠电正极材料，该材料界面稳定性好，电导率好，与电解液的表面副反应少，循环性能和倍率性能相比未包覆材料和氧化物包覆的材料，均有明显改善
。
[0020]2、
本专利技术开发了一种表面无定形碳包覆的低温气相沉积方法，实现层状氧化物正极材料表面的均匀包覆，且不破坏正极材料的结构
。
[0021]3、
本专利技术通过在包覆气源中引入含磷的反应物，实现碳包覆层中的磷掺杂，可增大碳的层间距，更有利于钠离子的传输
。
附图说明
[0022]图1是实施例磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料
。
具体实施方式
[0023]一种磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料及其制备方法，包括以下步骤：
[0024]S1
：将钠电层状氧化物正极材料粉末放入
PECVD
设备腔体中的衬底上，调节衬底高度使钠电层状氧化物正极材料粉末位于气体等离子体反应区域内；
[0025]S2
：对
PECVD
设备进行抽真空至小于
20Torr
，对衬底加热至
200
‑
400℃
；
[0026]S3
：将碳源气体与载气
、
磷烷的混合气体通入
PECVD
设备腔体中，加热
PECVD
设备，点燃微波等离子体，调节微波功率，将功率维持在
1000
‑
3500W
范围内，反应1‑
10h
；所述碳源气体为甲烷
、<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：将钠电层状氧化物正极材料粉末放入
PECVD
设备腔体中的衬底上，调节衬底高度使钠电层状氧化物正极材料粉末位于气体等离子体反应区域内；
S2
：对
PECVD
设备进行抽真空至小于
20Torr
，对衬底加热至
200
‑
400℃
；
S3
：将碳源气体与载气
、
磷烷的混合气体通入
PECVD
设备腔体中，加热
PECVD
设备，点燃微波等离子体，调节微波功率，将功率维持在
1000
‑
3500W
范围内，反应1‑
10h
；
S4
：停止通入气体和加热
PECVD
设备，待衬底温度降低至
100℃
以下时，通入氮气使腔体达到常压，取出粉末材料，即得到磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料
。2.
根据权利要求1所述的一种磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料及其制备方法，其特征在于，所述磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料的表面均匀包覆有厚度为1‑
10nm
的含磷的碳层
。3.
根据权利要求2所述的一种磷掺杂的碳包覆钠离子正极材料及其制备方法，其特征在于，所述含磷的碳层占复合材...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，韩笑，
申请(专利权)人：万向一二三股份公司，
类型：发明
国别省市：