正极材料及其制备方法和应用技术

技术编号：40806048 阅读：18 留言：0更新日期：2024-03-28 19:29

本发明专利技术提供了一种正极材料及其制备方法和应用，涉及电池技术领域。本发明专利技术提供的正极材料，主要由磷酸盐材料和碳组成；磷酸盐材料的化学式为Na<subgt;(3+y)</subgt;Fe<subgt;(x)</subgt;Mn<subgt;(y)</subgt;Cr<subgt;(2‑x‑y)</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;，0＜x，0.5≤y≤1，x+y＜2；碳包覆于磷酸盐材料的表面。其中磷酸盐材料实现≥2.5e<supgt;‑</supgt;可逆反应，材料容量高；适量Mn以及过渡金属Fe，有助缓解Mn<supgt;3+</supgt;的姜‑泰勒畸变及高电位Cr<supgt;3+</supgt;/<supgt;4+</supgt;造成的循环寿命问题；高电位Mn<supgt;3+</supgt;/Mn<supgt;4+</supgt;、Cr<supgt;3+</supgt;/Cr<supgt;4+</supgt;又弥补了Fe<supgt;2+</supgt;/Fe<supgt;3+</supgt;电位较低的不足，综合赋予材料卓越的循环寿命和较高的工作电压。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池，尤其是涉及一种正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

1、钠离子电池凭借丰富na储量、价格低廉等优势，被视作低速电动车和大规模储能系统的理想选择。钠快离子导体(nasicon)型磷酸盐正极材料凭借其开放的三维结构(灯笼状)，高热稳定性以及结构多样性成为目前研究的热点。典型nasicon型na3v2(po4)3/c正极基于v3+/v4+氧化还原电对，可提供110mah g-1的比容量，电压平台3.4v。但该材料仅能实现2e-反应，容量不足且电压较低，能量密度还有待提高。

2、有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

1、本专利技术的第一目的在于提供一种正极材料，以解决上述问题中的至少一种。

2、本专利技术的第二目的在于提供上述正极材料的制备方法。

3、本专利技术的第三目的在于提供上述正极材料在钠离子电池制备中的应用。

4、本专利技术的第四目的在于提供一种钠离子电池。

5、为了实现以上目的，提出以下技术方案：

6、第一方面，本专利技术提供了一种正极材料，主要由磷酸盐材料和碳组成；

7、所述磷酸盐材料的化学式为na(3+y)fe(x)mn(y)cr(2-x-y)(po4)3，0＜x，0.5≤y≤1，x+y＜2；

8、所述碳包覆于磷酸盐材料的表面。

9、作为进一步技术方案，所述磷酸盐材料的化学式为na3.5fe0.5mn0.5cr(po4)3。

11、第二方面，本专利技术提供了上述正极材料的制备方法，包括以下步骤：

12、将碳源络合剂溶液与铁源、锰源和铬源混合进行络合反应，然后与钠源、磷源混合形成凝胶，再依次经过干燥和保护气氛下烧结后，制备得到正极材料。

13、作为进一步技术方案，所述碳源络合剂包括柠檬酸；

14、所述铁源、锰源和铬源中铁、锰和铬的总物质的量与柠檬酸的摩尔比为2:3～1:2。

15、作为进一步技术方案，所述铁源包括硝酸铁、磷酸铁二水合物或三氧化二铁中的至少一种；

16、和/或，所述锰源包括乙酸锰、硝酸锰或乙酰丙酮锰中的至少一种；

17、和/或，所述铬源包括硝酸铬、乙酸铬或三氧化二铬中的至少一种；

18、和/或，所述钠源包括乙酸钠、碳酸钠、硝酸钠、磷酸二氢钠或氢氧化钠中的至少一种；

19、和/或，所述磷源包括磷酸或磷酸二氢铵中的至少一种。

20、作为进一步技术方案，所述凝胶形成的方式包括：在75-85℃下搅拌。

21、作为进一步技术方案，所述烧结的温度为650-700℃；

22、所述烧结的时间为6-10h。

23、第三方面，本专利技术提供了上述正极材料在钠离子电池制备中的应用。

24、第四方面，本专利技术提供了一种钠离子电池，所述钠离子电池以所述的正极材料作为正极材料。

25、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：

26、本专利技术提供的正极材料主要由磷酸盐材料和碳组成，其中磷酸盐材料通过fe2+/fe3+，mn2+/mn3+/mn4+，cr3+/cr4+反应电对实现≥2.5e-可逆反应，提高材料容量；适当mn以及过渡金属fe，有助缓解mn3+的姜-泰勒畸变及高电位cr3+/4+造成的循环寿命问题；高电位mn3+/mn4+、cr3+/cr4+又弥补了fe2+/fe3+电位较低的不足，综合赋予材料卓越的循环寿命和较高的工作电压；碳包覆在磷酸盐材料表面构成优良的导电网络，有利于提高材料的电子导电性，且制备工艺简单，原材料大多成本低廉，加持了该材料未来的工业化应用蓝图。该正极材料容量可达137.6mah g-1，工作电压可达3.6v，循环300周后容量保持率可达83.36％。

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【技术保护点】

1.一种正极材料，其特征在于，主要由磷酸盐材料和碳组成；

2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述磷酸盐材料的化学式为Na3.5Fe0.5Mn0.5Cr(PO4)3。

3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料中碳的质量占比为8％-16％。

4.权利要求1-3任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳源络合剂包括柠檬酸；

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铁源包括硝酸铁、磷酸铁二水合物或三氧化二铁中的至少一种；

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述凝胶形成的方式包括：在75-85℃下搅拌。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为650-700℃；

9.权利要求1-3任一项所述的正极材料在钠离子电池制备中的应用。

10.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池以权利要求1-3任一项所述的正极材料作为正极材料。

【技术特征摘要】

1.一种正极材料，其特征在于，主要由磷酸盐材料和碳组成；

2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述磷酸盐材料的化学式为na3.5fe0.5mn0.5cr(po4)3。

3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料中碳的质量占比为8％-16％。

4.权利要求1-3任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳源络合剂包括柠檬酸；

6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毓坤，杨成，王健，杨庆亨，张伟清，
申请(专利权)人：江苏中兴派能电池有限公司，
类型：发明
国别省市：

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