一种多相异质结构型钠离子电池金属氧化物正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于钠离子电池材料技术领域，具体涉及一种多相异质结构型钠离子电池金属氧化物正极材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种多相异质结构型钠离子电池金属氧化物正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于钠离子电池材料
，具体涉及一种多相异质结构型钠离子电池金属氧化物正极材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池在电动汽车及混合动力汽车的大规模量化应用，致使锂资源贫瘠以及地壳中分布不均引发的锂离子电池生产成本与日俱增
。
低成本钠离子电池因高安全性及宽温区性能，可取代传统的铅酸电池，广泛应用于新能源汽车及电网等储能领域
。
但是由低电极电位以及相对高摩尔质量引发的低比能量密度制约了钠离子电池
(SIB)
的广阔应用前景
。
而高理论容量
、
制备工艺简单金属氧化物正极的研发对实现高能
SIB
起着至关重要的作用
。
[0003]金属氧化物正极
(Na
x
TMO2，
0﹤x≦1
，
TM
＝
Mn
，
Ni
，
Co
，
Cu
，
Ti
，
Fe
，
Ru
等
)
具有多组分和复杂相结构可控性，其能够提供可调节的微观结构
、
应力应变和电子构型，从而影响连续电化学行为下的结构稳定性和阴离子氧化还原活性
。
但是，高电位下的相变
、
微裂纹和不可逆氧的释放所引发的快速容量衰减和电压滞后仍普遍存在
。
研究表明，
Li
+
、Mg
2+
、Cu
2+
、Al
3+
、Ti
4+
和
Co
2+
等异质离子的取代和掺杂可以有效地缓解结构不稳定性，从而增强金属氧化物电极在高压下的循环性能，但其受限于单相正极本身的结构缺陷，很难全面实现优异的性能
。
[0004]目前，通过调控钠含量
、
固相温度及组分等特性所合成的
P2、O3
和
P3
型金属氧化物正极尤其引人注目
。
其中
O
和
P
分别表示
Na
离子位于八面体或三棱镜位点，2和3同时表示胞元内的过渡金属层的层数
。
相比于
O3
型正极，由于较宽的三角形
Na
+
迁移通道和较低的迁移能垒，
P2
结构材料被广泛用于高倍率和相对稳定的电极研究
。
此外，也有少量关于晶格结构畸变诱导的
P
′2和
O
′3的报道
。
但是，相对于相结构的优化和种类毕竟少见，而且关于开发
P
′3或者其它空间群结构层状正极合成技术的研究少之又少
。
进一步，合成多种空间群的金属氧化物正极，对于克服单相结构缺陷，构建多相异质结构，以便于实现高容量
、
高电压及长寿命正极，提出了巨大的挑战
。

技术实现思路

[0005]为解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种多相异质结构型钠离子电池金属氧化物正极材料及其制备方法
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术一方面提供了一种多相异质结构型钠离子电池金属氧化物正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0008]步骤1：将
Ni
源
、Mn
源溶于去离子水中，再加入沉淀剂和乙二醇，经水热反应得到前驱体；
[0009]步骤2：将前驱体与
Co
源
、Cu
源和
Na
源混合，经煅烧得到所述多相异质结构型钠离
[0031]步骤1：将
6.25mmol
四水合醋酸锰
、3.75mmol
四水合醋酸镍加入到
20ml
去离子水中，搅拌完全溶解，随后溶解
2.5g
六次亚甲基四胺，加入
50ml
乙二醇，连续搅拌
2h
；将所得透明溶液倒入水热反应釜中进行水热反应，反应温度为
160℃
，保温
24h
，冷却到室温；用去离子水和乙醇分别清洗沉淀物各3次，放入烘箱干燥，制得前驱体
。
[0032]步骤2：向前驱体中加入
1.25mmol
硝酸铜
、1.25mmol
硝酸钴和
7.5mmol
碳酸钠，倒入
100ml
去离子水，搅拌
1h
，水浴锅中
100℃
完全蒸发，再将其放入干净的研钵中，充分研磨
30min
至物料混合均匀；将研磨好的混料装入刚玉瓷舟，然后置于管式炉中进行煅烧，先室温以升温速率为
5℃/min
升至
500℃
，保温
5h
，再以升温速率为
5℃/min
升至
850℃
，保温
10h
，自然冷却至室温后，从管式炉中取出，得到
P2/P
′3异质结构型金属氧化物正极材料
。
[0033]图1的
XRD
图表明，本专利技术实施例1制得的异质型金属氧化物正极材料由
P2、P
′3两相异质结构组成
。
根据表1中的电感耦合等离子体测量结果，表明形成了
P2/P
′3‑
Na
0.71
Ni
0.22
Mn
0.60
Co
0.10
Cu
0.08
O2。
[0034][0035]表1实施例1制得的金属氧化物正极材料的电感耦合等离子测量结果
[0036]图2的
SEM
图显示，本专利技术实施例1制得的
P2/P
′3异质结构型金属氧化物正极材料由导向生长的二维厚片组装形成的三维球体组成
。
[0037]图3的高分辨透射电子显微镜以及选区电子衍射也表明，实施例1制得的异质型金属氧化物正极材料由
P2、P
′3两相异质结构组成
。
[0038]图4的不同电流密度下的倍率特性显示，实施例1制得的
P2/P
′3异质结构型金属氧化物正极材料在
20C
电流密度下
(3000mAg
‑1)
，放电容量为
84.08mAh g
–1，展示优异的倍率性能
。
[0039]图5的充放电曲线显示，实施例1制得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多相异质结构型钠离子电池金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将
Ni
源
、Mn
源溶于去离子水中，再加入沉淀剂和乙二醇，经水热反应得到前驱体；步骤2：将前驱体与
Co
源
、Cu
源和
Na
源混合，经煅烧得到所述多相异质结构型钠离子电池金属氧化物正极材料
。2.
根据权利要求1所述的一种多相异质结构型钠离子电池金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为
160℃
，时间为
10
‑
24h。3.
根据权利要求1所述的一种多相异质结构型钠离子电池金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂为尿素
、
六次亚甲基四胺或碳酸铵
。4.
根据权利要求1所述的一种多相异质结构型钠离子电池金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述
Ni
源
、Mn
源
、Co
源
、Cu
源为醋酸盐
、
硝酸盐
、
氯化盐或硫酸盐，
Na
源为碳酸盐
、
醋酸盐
、
氯化盐或氢氧化物
。5.
根据权利要求1所述的一种多相异质结构型钠离子电池金属氧化物正...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵全清，王茹茹，贾建峰，卢文卜，鄯慧，尚怀芳，
申请(专利权)人：山西师范大学，
类型：发明
国别省市：