一种钠离子电池层状氧化物正极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于钠离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种钠离子电池层状氧化物正极材料及其制备方法与应用

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池层状氧化物正极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于钠离子电池正极材料
，尤其涉及一种钠离子电池层状氧化物正极材料及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，对于能源的需求量与日俱增，有限的传统化石能源已经不能满足人类的长远发展需求
。
为了人类可持续和高质量的生活，使用太阳能
、
风能
、
潮汐能等可再生清洁能源替换化石燃料是将来发展的趋势
。
然而，受制于其地区性和间歇性等不利条件，探索高效便捷且可持续的能源储存技术显得格外重要
。
在科学家们的不断研发过程中，具有高能量密度，长循环寿命的锂离子电池已经得到了广泛应用
。
[0003]近年来，锂资源的供不应求使其价格不断攀升，因此，具有与锂离子电池相似电化学性质的钠离子电池是很有前景的替代产品
。
钠资源分布广泛，是地壳中丰度第六的元素，这为降低正极材料成本提供了机会
。
目前主要报道的钠离子电池正极材料主要有层状过渡金属氧化物，聚阴离子化合物以及普鲁士蓝及其类似物
。
其中，层状氧化物正极材料具有更高的理论容量和能量密度，且制备工艺与三元锂电池正极相似，受到广泛关注
。
[0004]层状氧化物正极材料有两种结构：
P2
型和
O3
型
。
其中，
O3
型正极材料在低电压下
(2
‑
4.0V)
容量高，但稳定性能差；
P2
型正极材料低电压下容量较低，但循环稳定性好，且具有较高的平台电压
。O3
型正极材料空气稳定性差，暴露在空气中，材料结构不稳定，容易造成钠离子的析出，导致容量下降；
P2
型正极材料表面结构稳定，且在充放电过程中结构相变较少，稳定性明显优于
O3
型
。
将
P2
型和
O3
型正极材料相结合形成新的同时具备
P2
结构和
O3
结构的钠离子电池层状氧化物正极材料，有助于提升钠离子电池的性能，以满足未来实用化的需求
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种钠离子电池层状氧化物正极材料及其制备方法与应用，本专利技术通过对元素比例进行调控，合成了同时具备
P2
结构和
O3
结构的层状氧化物正极材料，将该层状氧化物正极材料应用于钠离子电池中，可使电池展现出较高的容量和中值电压以及稳定的循环性能
。
[0006]本专利技术为实现目的，采用如下技术方案：
[0007]本专利技术首先提供了一种钠离子电池层状氧化物正极材料，所述钠离子电池层状氧化物正极材料的化学通式为
Na
x
Ni
0.3
Mn
0.6
‑
y
Ti
y
M
0.1
O2，其中，
0.67≤x≤1
，
0≤y≤0.2
，
M
为
Cu、Fe、Mg、Ca、Cr、Co、Zn、Al
和
Zr
中的一种或多种；所述钠离子电池层状氧化物正极材料同时具有
P2
结构和
O3
结构
。
[0008]优选的，
x
具体可为
0.67、0.68、0.69、0.7、0.71、0.72、0.73、0.74、0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.8、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.9、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99
或1；
y
具体可为
0、0.01、0.02、0.03、0.04、
0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19
或
0.2。
[0009]优选的，所述钠离子电池层状氧化物正极材料的化学式具体为以下化学式中的一种：
[0010]Na
0.8
Ni
0.3
Mn
0.5
Ti
0.1
Cu
0.1
O2；
Na
0.75
Ni
0.3
Mn
0.5
Ti
0.1
Cu
0.1
O2；
[0011]Na
0.85
Ni
0.3
Mn
0.5
Ti
0.1
Cu
0.1
O2；
Na
0.8
Ni
0.3
Mn
0.5
Ti
0.1
Mg
0.1
O2。
[0012]本专利技术还提供了一种上述技术方案所述的钠离子电池层状氧化物正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013](a)
将钠源化合物，镍源化合物，锰源化合物，钛源化合物和
M
源化合物按照化学计量比球磨混合，得到混合物粉末；
[0014](b)
将所述混合物粉末进行煅烧，得到所述钠离子电池层状氧化物正极材料
。
[0015]优选的，所述钠源化合物为碳酸钠
、
乙酸钠
、
硝酸钠和氢氧化钠中的一种或多种；所述镍源化合物为氧化镍
、
硫酸镍
、
碳酸镍
、
乙酸镍和硝酸镍中的一种或多种；所述锰源化合物为二氧化锰
、
三氧化二锰
、
硫酸锰
、
碳酸锰
、
乙酸锰和硝酸锰中的一种或多种；所述钛源化合物为二氧化钛和
/
或偏钛酸；所述
M
源化合物为
M
的氧化物
、M
的硫酸盐
、M
的碳酸盐
、M
的乙酸盐和
M
的硝酸盐中的一种或多种
。
[0016]优选的，步骤
(a)
中，所述球磨混合的过程中添加湿助磨剂；所述湿助磨剂优选为醇类溶剂；所述醇类溶剂优选为无水乙醇
。
[0017]优选的，步骤
(a)
中，所述球磨混合的转速为
300
～
600rpm
，具体可为
300rpm、350rpm、400rpm、450rpm、500r本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钠离子电池层状氧化物正极材料，其特征在于，所述钠离子电池层状氧化物正极材料的化学通式为
Na
x
Ni
0.3
Mn
0.6
‑
y
Ti
y
M
0.1
O2，其中，
0.67≤x≤1
，
0≤y≤0.2
，
M
为
Cu、Fe、Mg、Ca、Cr、Co、Zn、Al
和
Zr
中的一种或多种；所述钠离子电池层状氧化物正极材料同时具有
P2
结构和
O3
结构
。2.
根据权利要求1所述的钠离子电池层状氧化物正极材料，其特征在于，所述钠离子电池层状氧化物正极材料的化学式具体为以下化学式中的一种：
Na
0.8
Ni
0.3
Mn
0.5
Ti
0.1
Cu
0.1
O2；
Na
0.75
Ni
0.3
Mn
0.5
Ti
0.1
Cu
0.1
O2；
Na
0.85
Ni
0.3
Mn
0.5
Ti
0.1
Cu
0.1
O2；
Na
0.8
Ni
0.3
Mn
0.5
Ti
0.1
Mg
0.1
O2。3.
一种权利要求1或2所述的钠离子电池层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)
将钠源化合物，镍源化合物，锰源化合物，钛源化合物和
M
源化合物按照化学计量比球磨混合，得到混合物粉末；
(b)
将所述混合物粉末进行煅烧，得到所述钠离子电池层状氧化物正极材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：余彦，朱少龙，姚雨，代军义，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：