[發(fā)明專利]NASICON結(jié)構(gòu)鈉離子固態(tài)電解質(zhì)包覆的正極材料、制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2019-04-03
• 公開（公告）號: CN111785934B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設計）人: 胡勇勝;張強強;戚興國;劉麗露
• 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;H01M4/62;H01M10/054
• 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NASICON結(jié)構(gòu)鈉離子固態(tài)電解質(zhì)包覆的正極材料，其特征在于，所述正極材料包括層狀結(jié)構(gòu)的氧化物內(nèi)核和包覆于所述內(nèi)核外的包覆層；

所述氧化物內(nèi)核為O3相的Na_zCu_aFe_bMn_cM1_dO₂，空間群為R-3m，其中，0.8≤z≤1.0，a+b+c+d＝1，且a,b,c,d分別大于0；化學計量配比滿足電中性原則；M1為金屬元素的一種或幾種；

所述包覆層為NASICON結(jié)構(gòu)的鈉離子固體電解質(zhì)，組成為Na_1+(4-n)x+yZr_2-xM2_xⁿ⁺Si_yP_3-yO₁₂；M2為金屬元素，包括Mg、Ca、Sr、Ba、Al中的一種或多種，n為M2的金屬元素加權(quán)價態(tài)數(shù)，2≤n＜5，0≤x＜2，0＜y＜3。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NASICON結(jié)構(gòu)鈉離子固態(tài)電解質(zhì)包覆的正極材料，其特征在于，在所述正極材料中，所述包覆層所占質(zhì)量百分比為0.05％-30％。

3.一種如上述權(quán)利要求1-2任一所述的NASICON結(jié)構(gòu)鈉離子固態(tài)電解質(zhì)包覆的正極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

將鈉源、鋯源、M1源、硅源和磷源按照所需化學計量比稱量后混合均勻，在800～1100℃的空氣氣氛中預燒2～24小時，將所得材料球磨，再在1100～1400℃的空氣氣氛中終燒2～24小時，得到NASICON結(jié)構(gòu)的鈉離子固態(tài)電解質(zhì)材料粉體，將所得材料粉體進行球磨后，保存待用；其中，M1為金屬元素的一種或幾種；

將氧化物內(nèi)核材料分散入分散劑中，在加熱溫度為25～200℃的條件下攪拌；在攪拌過程中加入所需劑量的球磨后的NASICON結(jié)構(gòu)的鈉離子固態(tài)電解質(zhì)材料粉體；蒸干分散劑后，將經(jīng)采用液相法包覆NASICON結(jié)構(gòu)的鈉離子固態(tài)電解質(zhì)材料粉體的氧化物內(nèi)核材料在80～200℃的烘箱內(nèi)烘干，得到包覆物料；

將所述包覆物料進行二次或多次燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在400～900℃，燒結(jié)時間為2～24小時，燒結(jié)后得到具有NAS ICON結(jié)構(gòu)的鈉離子固態(tài)電解質(zhì)包覆層的材料；

將所述具有NASICON結(jié)構(gòu)的鈉離子固態(tài)電解質(zhì)包覆層的材料進行研磨，得到NASICON結(jié)構(gòu)鈉離子固態(tài)電解質(zhì)包覆的正極材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述分散劑包括：水、無水乙醇、N-甲基吡咯烷酮，丙酮，N，N-二甲基甲酰胺中的一種或幾種。

5.一種包括上述權(quán)利要求1-2任一所述的NASICON結(jié)構(gòu)鈉離子固態(tài)電解質(zhì)包覆的正極材料的鈉離子二次電池。

6.一種如上述權(quán)利要求5所述的鈉離子二次電池的用途，其特征在于，所述鈉離子二次電池用于電動車、太陽能發(fā)電、風力發(fā)電、智能電網(wǎng)調(diào)峰、分布電站、后備電源或通信基站的儲能設備。