一种钠离子单晶正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术为一种钠离子单晶正极材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子单晶正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术为一种钠离子单晶正极材料及其制备方法，属于钠离子电池正极材料制备

。

技术介绍

[0002]钠离子电池成为继锂离子电池之后另一种新兴的能源储存方案，因其具有低成本
、
高容量和高能量密度等优势引起了人们广泛的关注
。
层状富锰氧化物作为一种高能量密度钠离子电池正极材料，具有高倍率性能
、
长循环寿命和高能量密度的优点，是目前应用的热点而备受关注
。
但是目前其电化学稳定性仍存在问题
。
层状钠离子电池正极材料在钠离子脱嵌过程中易发生相变导致循环性能不佳极稳定性减弱
。
可以明确的是，现有的钠离子正极材料还未进行大规模商业化生产，主要原因是容量和循环稳定性等电化学性能较差
。
这是因为：第一：对于正极材料中镍锰含量或比例不同时，对性能的影响较大；第二，现有方式的掺杂多为贵金属掺杂，增加了成本且降低了比容量；第三，当前的包覆多采用金属氧化等导电性较差的化合物包覆，包覆层较厚，增加了成本并降低了质量比容量
。
综上所述，人们还需要对钠离子正极材料进行改进
。
[0003]为了改善层状富锰氧化物钠离子正极材料的电化学性能，企业及相关高校等科技人员在从形貌
、
结构
、
元素变化等方面开展了大量工作，如制备方法改善形貌
、
化学元素掺杂和表面改性等改善结构稳定性等方面开展了大量工作，并取得了显著进展
。
但是，层状富锰氧化物钠离子正极材料在容量和充放电循环稳定性等电化学方面仍然难以满足当前的应用要求
。
因此，研究开发高性能层状富锰氧化物钠离子正极材料，对促进钠离子的发展具有现实意义
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术存在的问题，提供钠离子单晶正极材料及其制备方法
。
在该方法中，通过预烧及随后的高温烧结获得含杂原子锂掺杂的钠离子电池层状正极材料，然后采用机械混合的方式将葡萄糖
、
蔗糖等大分子有机物与该层状正极材料混合，再次通过高温烧结的方式在正极材料表面形成薄层结构碳包覆层
。
锂离子作为结构支撑层可以提供一定容量，并保持结构的稳定性
。
结构碳作为保护层可以正极表面提供物理阻挡，保护表面抑制副反应的发生，这有提高材料的结构稳定性能
。
[0005]为了实现以上专利技术的目的，本申请的具体技术方案为：
[0006]一种钠离子单晶正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)
以过渡金属源化合物为原料，以
NaOH
溶液为沉淀剂，采用共沉淀法得到过渡金属氧化物前驱体；
[0008]2)
将步骤
1)
中制备得到的前驱体与锂源按比例进行机械混合后进行烧结，得正极材料
Na
x
Li
y
Ni
u
Mn
v
O2；
[0009]3)
将步骤
2)
中烧结后的正极材料
Na
x
Li
y
Ni
u
Mn
v
O2与碳源混合完全，再将材料置于烧
结炉中烧结，得钠离子单晶正极材料；该钠离子单晶正极材料的化学通式为
Na
x
Li
y
Ni
u
Mn
v
O2；其中
0.54≤x≤0.7
，
y
＝
0.1
；
0.25≤u≤0.35
；
0.65≤v≤0.75。
[0010]作为本申请中一种较好的实施方式，步骤
1)
中所述的过渡金属源化合物包括镍源化合物和锰源化合物；其中镍源化合物为醋酸镍
、
硝酸镍或硫酸镍等；锰源化合物为硝酸锰
、
硫酸锰或醋酸锰等
。
[0011]作为本申请中一种较好的实施方式，过渡金属源化合物中镍与锰的摩尔比为1：3‑1：
1.86
，具体可为
1:1.86、1:1.9、1
：
1.95、1
：
2、1:2.1、1:2.2、1:2.3、1:2.4、1:2.5、1:2.6、1:2.7、1:2.8、1:2.9、1:3
等
。
[0012]作为本申请中一种较好的实施方式，步骤
1)
中的钠与过渡金属的摩尔比为
0.45
‑
0.95
：1，具体可为
0.45:1、0.5:1、0.55:1、0.6:1、0.65:1、0.7:1、0.75:1、0.8:1、0.85:1、0.9:1、0.95:1
等
。
[0013]作为本申请中一种较好的实施方式，步骤
2)
中的锂源为碳酸锂或氢氧化锂；前驱体与碳酸锂的摩尔比为1：
0.54
至1：
0.7
，具体可为
1:0.54、1:0.56、1
：
0.58、1
：
0.6、1:0.62、1:0.64、1:0.68、1:0.7
等；前驱体与氢氧化锂的摩尔比为1：
0.08
至1：
0.12
，具体可为
1:0.08、1:0.09、1
：
0.1、1
：
0.11、1:0.12
等
。
[0014]作为本申请中一种较好的实施方式，前驱体与碳酸锂
、
氢氧化锂的比例关系为
0.45≤x≤0.75
，0＜
y≤0.2
；
0.15≤u≤0.35
；
0.65≤v≤0.85。
[0015]作为本申请中一种较好的实施方式，步骤
2)
中烧结步骤为：先在高温烧结炉中进行预烧结2‑
3h(
具体可为
2h、2.5h、3h
等
)
，预烧结温度
350℃
‑
480℃(
具体可为
350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃、470℃、480℃
等
)
，冷却至室温后取出对样品对其进行机械研磨，研磨后颗粒均匀，粒径4‑8μ
m(
具体可为4μ
m、5
μ
m、6
μ
m、7
μ
m、8
μ
m
等
)
；然后继续第二步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钠离子单晶正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)
以过渡金属源化合物为原料，以
NaOH
溶液为沉淀剂，采用共沉淀法得到过渡金属氧化物前驱体；
2)
将步骤
1)
中制备得到的前驱体与钠源
、
锂源按比例进行机械混合后进行烧结，得正极材料
Na
x
Li
y
Ni
u
Mn
v
O2；
3)
将步骤
2)
中烧结后的正极材料
Na
x
Li
y
Ni
u
Mn
v
O2与碳源混合完全，再将材料置于烧结炉中烧结，得钠离子单晶正极材料；该钠离子单晶正极材料的化学通式为
Na
x
Li
y
Ni
u
Mn
v
O2；其中
0.54≤x≤0.7
，
y
＝
0.1
；
0.25≤u≤0.35
；
0.65≤v≤0.75。2.
如权利要求1所述钠离子单晶正极材料的制备方法，其特征在于：步骤
1)
中所述的过渡金属源化合物包括镍源化合物和锰源化合物；其中镍源化合物为醋酸镍
、
硝酸镍或硫酸镍；锰源化合物为硝酸锰
、
硫酸锰或醋酸锰
。3.
如权利要求1所述钠离子单晶正极材料的制备方法，其特征在于：步骤
1)
中的钠与过渡金属的摩尔比为
0.45
‑
0.95
：
1。4.
如权利要求1所述钠离子单晶正极材料的制备方法，其特征在于：步骤
2)

【专利技术属性】
技术研发人员：李建营，雷英，谢华明，许磊，范杭，岳利君，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：