改性钠离子电池正极材料及其制备方法、钠离子电池与流程

allin2026-05-08  10


本发明属于钠离子电池正极材料,具体涉及钠离子电池正极材料的包覆改性。


背景技术:

1、o3型钠离子电池正极材料中ni存在ni2+/ni3+/ni4+的高氧化还原电位,因而具有较高的工作电压和比容量,被认为是钠离子电池的理想正极材料。然而,其离子传输速率未达到理想状态,且在充放电过程中的容易处于脱钠状态,进而导致过渡金属层的不可逆滑移,影响材料的结构稳定性。

2、目前常采用包覆策略来改善这些问题。然而,这些方法或需要复杂的合成工艺来获得包覆层与基体材料之间的耦合,或包覆层材料功能单一,不能改善钠离子的传输。


技术实现思路

1、针对上述技术问题,本申请提供改性钠离子电池正极材料及其制备方法、钠离子电池。

2、为实现上述目的,本申请提出如下技术方案:

3、第一方面,提供改性钠离子电池正极材料,包括o3相钠过渡金属氧化物基体和位于基体的至少部分表面的包覆层1,所述包覆层1具有隧道相和尖晶石相,所述包覆层1的化学式为[naxli0.44-x][mnyli1-y]o2,其中0.39≤x≤0.4,0.03≤y≤0.06。

4、作为优选,还包括包覆层2,且所述基体、包覆层1和包覆层2由内而外依次设置。

5、作为优选,所述包覆层2为na3ruo4。

6、作为优选,所述o3相钠过渡金属氧化物基体的化学式为naniafebmn1-a-bo2,0.2≤a≤0.5,0.1≤b≤0.4。

7、作为优选,所述包覆层1的质量为o3相钠过渡金属氧化物基体质量的0.5~1%。

8、作为优选,所述包覆层2的质量为o3相钠过渡金属氧化物基体质量的0.5~1%。

9、第二方面,提供改性钠离子电池正极材料的制备方法,包括:

10、s1、将钠源、锂源、锰源和柠檬酸加入乙醇中,进行搅拌,得到溶液a;步骤s1中,所述钠源中的钠与锂源中的锂、锰源中的锰的摩尔比为0.39~0.4:0.98~1.02:0.03~0.06;

11、s2、向溶液a中加入o3相钠过渡金属氧化物,搅拌一段时间,再加热搅拌直至溶剂蒸干得到固体,干燥固体,得到混合物b;

12、s3、烧结混合物b于900~950℃下烧结,得到包覆层1包覆改性的钠离子电池正极材料。

13、作为优选,步骤s3后,还包括继续原位包覆na3ruo4改性的步骤;

14、所述原位包覆na3ruo4改性具体包括:

15、(1)将钠源和钌源加入乙醇中,搅拌,得到溶液c;

16、(2)向溶液c中加入步骤s3所得的改性钠离子电池正极材料,搅拌一段时间,再加热搅拌直至溶剂蒸干,得到固体,干燥固体,得到混合物d;

17、(3)煅烧混合物d,得到进一步改性的改性钠离子电池正极材料。

18、作为优选,步骤s1中,所述柠檬酸的摩尔量为锰源摩尔量的1~1.5倍。

19、作为优选,所述包覆层1的质量为o3相钠过渡金属氧化物质量的0.5~1%。

20、作为优选,步骤s3中,所述烧结时间为10~12h。

21、作为优选,步骤(1)中,所述钠源中的钠与钌源中的钌的摩尔比为3~3.3:1。

22、作为优选,步骤(1)中,所述钠源和钌源所制备的na3ruo4质量为o3相钠过渡金属氧化物质量的0.5~1%确定。

23、作为优选,步骤(3)中,所述煅烧温度为600~650℃;所述煅烧时间为20~25h。

24、第三方面,提供钠离子电池,包括前述的改性钠离子电池正极材料或前述的制备方法制备得到的改性钠离子电池正极材料。

25、与现有技术相比,上述技术方案之一或多个技术方案能达到至少以下有益效果之一:

26、采用具有隧道相和尖晶石相的[naxli0.44-x][mnyli1-y]o2对o3相钠过渡金属氧化物基体进行包覆改性,能够改善基体材料的离子传导和结构稳定性,进而改善电池的电性能和循环稳定性。

27、进一步采用na3ruo4进行包覆改性,能够提供钠源确保晶格结构中的钠离子不被消耗,保证结构的稳定性,进而改善电池的电性能。

28、双层复合改性有利于进一步改善电池的电性能和循环稳定性。



技术特征:

1.改性钠离子电池正极材料,其特征在于,包括o3相钠过渡金属氧化物基体和位于基体的至少部分表面的包覆层1,所述包覆层1具有隧道相和尖晶石相,所述包覆层1的化学式为[naxli0.44-x][mnyli1-y]o2,其中0.39≤x≤0.4,0.03≤y≤0.06。

2.如权利要求1所述的改性钠离子电池正极材料,其特征在于,还包括包覆层2,且所述基体、包覆层1和包覆层2由内而外依次设置;

3.如权利要求2所述的改性钠离子电池正极材料,其特征在于,所述包覆层2的质量为o3相钠过渡金属氧化物基体质量的0.5~1%。

4.改性钠离子电池正极材料的制备方法,其特征在于,包括:

5.如权利要求4所述的改性钠离子电池正极材料的制备方法,其特征在于,步骤s3后,还包括继续原位包覆na3ruo4改性的步骤;

6.如权利要求4或5所述的改性钠离子电池正极材料的制备方法,其特征在于,步骤s1中,所述柠檬酸的摩尔量为锰源摩尔量的1~1.5倍;

7.如权利要求4或5所述的改性钠离子电池正极材料的制备方法,其特征在于,步骤s3中,所述烧结时间为10~12h。

8.如权利要求5所述的改性钠离子电池正极材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述钠源中的钠与钌源中的钌的摩尔比为3~3.3:1;

9.如权利要求5所述的改性钠离子电池正极材料的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述煅烧温度为600~650℃;所述煅烧时间为20~25h。

10.钠离子电池,其特征在于,包括如权利要求1~3任意一项所述的改性正极材料或如权利要求4~9任意一项所述的制备方法制备的改性正极材料。


技术总结
本发明提供改性钠离子电池正极材料,采用具有尖晶石相和隧道相混合相的包覆层对O3相钠过渡金属氧化物进行包覆改性,能够改善基体材料的离子传导和结构稳定性,进而改善电池的电性能和循环稳定性;进一步采用Na<subgt;3</subgt;RuO<subgt;4</subgt;进行包覆改性,能够提供钠源确保晶格结构中的钠离子不被消耗,保证结构的稳定性,进而改善电池的电性能,双层复合改性有利于进一步改善电池的电性能和循环稳定性。还提供所述改性钠离子电池正极材料的制备方法以及基于改性钠离子电池正极材料的钠离子电池。

技术研发人员:张宝,程磊,高雪燕,邓鹏,谷永华
受保护的技术使用者:浙江帕瓦新能源股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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