[發(fā)明專利]純陽離子變價的高鈉含量P2相層狀氧化物材料、制備方法和用途

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• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN111162250A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡勇勝;趙成龍;陳立泉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/054;H01M4/131
• 代理公司: 北京慧誠智道知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 李楠

1.一種純陽離子變價的高鈉含量P2相層狀氧化物材料，其特征在于，所述層狀氧化物材料的化學通式為：Na_x[Li_iNi_jMn_kM_y]O_2+β；

Li、Ni、Mn、M共同占據(jù)晶體結(jié)構(gòu)中的過渡金屬離子位置；其中，M為對過渡金屬位進行摻雜取代的元素，具體為Cu²⁺，Mg²⁺，Mn²⁺,Zn²⁺，Al³⁺，B³⁺，Zr⁴⁺，Ti⁴⁺中的一種或多種；

所述x，y，i，j,k,β分別為對應元素所占的摩爾百分比；其中x，y，i，j,k,β之間的關(guān)系滿足y+i+j+k＝1，且x+my+i+2j+4k＝2(2+β)；0.8≤x≤0.85；0＜i≤0.1；0＜j≤0.4；0＜k≤0.65；-0.05≤β≤0.05；m為所述M的化合價態(tài)；

所述層狀氧化物材料的空間群為P6₃/mmc或P6₃/mcm，對應結(jié)構(gòu)為P2相結(jié)構(gòu)；

所述純陽離子變價的高鈉含量P2相層狀氧化物材料用于鈉離子二次電池的正極活性材料；在充放電過程中，電荷補償完全由過渡金屬陽離子得失電子來實現(xiàn)。

2.一種上述權(quán)利要求1所述的層狀氧化物材料的制備方法，其特征在于，所述方法為固相法，包括：

將所需鈉的化學計量100wt％～110wt％的碳酸鈉，鎳、錳、鋰的氧化物，以及所需化學計量M的氧化物或碳酸鹽按比例混合成前驅(qū)體；所述M具體為Cu²⁺，Mg²⁺，Mn²⁺,Zn²⁺，Al³⁺，B³⁺，Zr⁴⁺，Ti⁴⁺中的一種或多種；

采用球磨的方法將所述前驅(qū)體均勻混合得到前驅(qū)體粉末；

將所述前驅(qū)體粉末置于馬弗爐內(nèi)，在800℃～1100℃的空氣氣氛中熱處理6～48小時；

將熱處理后的前驅(qū)體粉末進行研磨，得到所述層狀氧化物材料。

3.一種上述權(quán)利要求1所述的層狀氧化物材料的制備方法，其特征在于，所述方法為燃燒法，包括：

將所需鈉的化學計量100wt％～110wt％的硝酸鈉，鎳、錳、鋰的硝酸鹽，以及所需化學計量M的硝酸鹽，按比例混合成前驅(qū)體；所述M具體為Cu²⁺，Mg²⁺，Mn²⁺,Zn²⁺，Al³⁺，B³⁺，Zr⁴⁺，Ti⁴⁺中的一種或多種；

將所述前驅(qū)體加乙酰丙酮攪拌均勻形成漿料；

對所述漿料在80℃下進行干燥后得到前驅(qū)體粉末；

將所述前驅(qū)體粉末置于馬弗爐內(nèi)，在800℃～1100℃的空氣氣氛中熱處理6～48小時；

將熱處理后的前驅(qū)體粉末進行研磨，得到所述層狀氧化物材料。

4.一種上述權(quán)利要求1所述的層狀氧化物材料的制備方法，其特征在于，所述方法為噴霧干燥法，包括：

將所需鈉的化學計量100wt％～110wt％的硝酸鈉，鎳、錳、鋰的硝酸鹽，以及所需化學計量M的硝酸鹽，按比例混合成前驅(qū)體；所述M具體為Cu²⁺，Mg²⁺，Mn²⁺,Zn²⁺，Al³⁺，B³⁺，Zr⁴⁺，Ti⁴⁺中的一種或多種；

將所述前驅(qū)體加乙醇或水后攪拌均勻形成漿料；

對所述漿料進行噴霧干燥后得到前驅(qū)體粉末；

將所述前驅(qū)體粉末置于馬弗爐內(nèi)，在800℃～1100℃的空氣氣氛中熱處理6～48小時；

將熱處理后的前驅(qū)體粉末進行研磨，得到所述層狀氧化物材料。