一种钠离子正极材料及其制备方法和钠离子电池技术

本发明专利技术提供了一种钠离子正极材料及其制备方法和钠离子电池

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子正极材料及其制备方法和钠离子电池


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，涉及一种钠离子正极材料及其制备方法和钠离子电池
。

技术介绍

[0002]随着人类社会的不断进步与发展，化石燃料已经成为我们日常生产和生活的重要能量来源
。
但是这些资源都是不可再生资源而且会产生大量的温室气体，对我们赖以生存的环境产生了恶劣的影响
。
因此，人们把关注点转向新型可再生能源领域
。
电化学储能如锂电和钠电等主要是指二次电池技术，具有灵活便捷
、
较高的能量存储和转化效率等特点，一直以来都备受关注
。
三元钠离子电池和三元锂离子电池具有相似的工作机理，但具有资源丰富
、
成本更加低廉的优势，使其成为锂离子电池的有益补充，尤其是在储能领域将有更大的发展空间
。
但是在充放电过程中，三元钠离子电池会有一系列问题，例如环境敏感性，暴露在空气中容易吸水导致结构不稳定以及钠离子的半径过大导致材料动力学迟缓，不利于电池的循环
。
研究者们主要采用包覆的方法提高其性能，现有常用的改善方法包括固相烧结法，在表面用一定的添加剂例如
Ti、Zr
等烧结包覆，之后在高温下进行烘干
。
该方法简单经济，然而由于一般只包覆一层添加剂以及在包覆过程中材料会出现包覆不均匀导致包覆后材料继续吸水的现象，同时，包覆后会有电化学性能下降
。
[0003]如
CN108987708A
提供了一种钠离子电池正极材料
、
其制备方法以及钠离子电池
。
本专利技术提供的钠离子电池正极材料包括基体和包覆在基体表面的包覆层，所述基体的化学式为
NaNiCoMnO
，所述包覆层为
ZrO
层，所述钠离子电池正极材料中，包覆层的质量为基体质量的1～
10
％
。
[0004]再如
CN115483396A
公开了一种氧化铝包覆的镍铁锰基层状氧化物材料
、
制备方法和用途
。
材料的空间群为所述材料中，氧化铝包覆在钠镍铁锰层状氧化物材料的表面；所述氧化铝包覆的镍铁锰基层状氧化物材料的化学通式为：
Al2O3。
[0005]因此，如何提高钠离子正极氧化物材料的空气稳定性，防止吸水，同时稳步提升电化学性能，是亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种钠离子正极材料及其制备方法和钠离子电池
。
本专利技术提供的钠离子正极材料，镧系氧化物包覆层减少了原子的溶解和流失，构筑了第一道防线；含硼化合物以及镧系氧化物的混合包覆层，减少了材料与外界空气的接触，既可以保证材料的空气稳定性，防止吸水，同时还可以提高钠离子电池容量和倍率性能，稳步提升了电化学性能
。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种钠离子正极材料，所述钠离子正极材料由内至外依次包括钠离子正极氧化物基体内核
、
镧系氧化物包覆层和混合物包覆层；所述混合包覆层包
括含硼化合物和镧系氧化物
。
[0009]本专利技术提供的钠离子正极材料，先采用镧系氧化物对正极外表面进行包覆，减少了原子的溶解和流失，构筑第一道防线，且镧系元素具有特殊的
4f
电子结构
、
大的原子磁矩
、
很强的自旋耦合等特性，吸收能力强，转换率高，发射光谱宽，在可见光区具有很强的发射能力，并且化学性质较为稳定，可以有效提升正极材料的电化学性能，同时还不会影响晶体结构；含硼化合物以及镧系氧化物的混合包覆层，减少了正极材料与外界空气的接触，防止正极材料吸水，同时硼元素附着在镧系金属材料表面可以改变材料的形貌结构，为钠离子的插层过程提供更大的空间，并能减少体积膨胀并降低钠离子的吸附能，提高钠离子电池容量，包覆硼后可提高钠离子扩散速率，电子传输性能，有利于提升导电性，从而提升钠离子电池的倍率性能，即混合包覆层中需要经过含硼化合物与镧系氧化物的协同作用，才能同时实现保证正极材料空气稳定性并有效提升材料的电化学性能的效果
。
[0010]本专利技术中，如果只进行镧系氧化物层的包覆，不进行混合包覆层的包覆，空气中的水份和二氧化碳会和材料表面反应，破坏材料结构，而如果直接进行混合包覆层的包覆，不先进行镧系氧化物的包覆，又会导致包覆层太薄，内部材料的空气稳定性无法保证；并且混合包覆层中如果只含有含硼化合物，不与镧系氧化物进行混合包覆，则会导致电性能的下降
。
[0011]优选地，所述钠离子正极氧化物基体内核的化学通式包括
Na
1+y
(Ni
a
Fe
b
Mn1‑
a
‑
b
‑
c
)1‑
y
O2，其中，
0≤y≤0.2
，
0.01≤a≤0.5
，
0.01≤b≤0.5
，
0.01≤c≤0.5。
[0012]例如，所述
y
可以为
0、0.03、0.05、0.08、0.1、0.13、0.15、0.18
或
0.2
等，所述
a
可以为
0.01、0.03、0.05、0.1、0.13、0.15、0.18、0.2、0.23、0.25、0.28、0.3、0.33、0.35、0.38、0.4、0.43、0.45、0.48
或
0.5
等，所述
b
可以为
0.01、0.03、0.05、0.1、0.13、0.15、0.18、0.2、0.23、0.25、0.28、0.3、0.33、0.35、0.38、0.4、0.43、0.45、0.48
或
0.5
等，所述
c
可以为
0.01、0.03、0.05、0.1、0.13、0.15、0.18、0.2、0.23、0.25、0.28、0.3、0.33、0.35、0.38、0.4、0.43、0.45、0.48
或
0.5
等
。
[0013]本专利技术中，针对钠镍铁锰基氧化物材料内核，镧系氧化物包覆层可以有效地防止锰原子露头，抑制歧化反应，减少原子的溶解和流失
。
[0014]优选地，镧系氧化物包括
La2O3、CeO2、Pr6O、Nd2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3、Lu2O3、Sc2O3或
Y2O3中的任意一种或至少两种的组合，优选
La2O3。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钠离子正极材料，其特征在于，所述钠离子正极材料由内至外依次包括钠离子正极氧化物基体内核
、
镧系氧化物包覆层和混合物包覆层；所述混合包覆层包括含硼化合物和镧系氧化物
。2.
根据权利要求1所述的钠离子正极材料，其特征在于，所述钠离子正极氧化物基体内核的化学通式包括
Na
1+y
(Ni
a
Fe
b
Mn1‑
a
‑
b
‑
c
)1‑
y
O2，其中，
0≤y≤0.2
，
0.01≤a≤0.5
，
0.01≤b≤0.5
，
0.01≤c≤0.5
；优选地，镧系氧化物包括
La2O3、CeO2、Pr6O、Nd2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3、Lu2O3、Sc2O3或
Y2O3中的任意一种或至少两种的组合，优选
La2O3。3.
一种如权利要求1或2所述的钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)
将钠离子氢氧化物前驱体与钠源混合，烧结，得到一烧物料；
(2)
将镧系氧化物与步骤
(1)
所述一烧物料混合，烧结，得到二烧物料；
(3)
将硼酸
、
镧系氧化物和步骤
(2)
所述二烧物料混合，烧结，得到所述钠离子正极材料
。4.
根据权利要求3所述的钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
所述钠离子氢氧化物前驱体与钠源中的钠的摩尔比为
1:(1.01
～
1.3)
；优选地，步骤
(1)
所述烧结温度为
750
～
1200℃
；优选地，步骤
(1)
所述烧结的时间为8～
24h。5.
根据权利要求3或4所述的钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，步骤
(2)
中，镧系氧化物的加入量为一烧物料的质量的
0.05
～
1wt
％
。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：汪浩波，许开华，陈玉君，夏寒，陈官华，张志力，施杨，
申请(专利权)人：格林美无锡能源材料有限公司格林美股份有限公司，
类型：发明
国别省市：