[發(fā)明專利]P相含鋁層狀氧化物正極材料、制備方法和鈉離子電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010581053.2
• 申請(qǐng)日: 2020-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN111710855B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史鼎任;傅正文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天目湖先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/485
• 分類號(hào): H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/131;H01M10/054;C01G45/12
• 代理公司: 北京慧誠(chéng)智道知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 李楠

本發(fā)明公開了一種P相含鋁層狀氧化物正極材料、制備方法和鈉離子電池。P相含鋁層狀氧化物正極材料為P相層狀結(jié)構(gòu)，化學(xué)通式為Na_xAl_yM_1?yO₂，0＜x＜1,0.1＜y＜1；M為過(guò)渡金屬Ti，Cr，Mn,Fe，Co，Ni，Cu，Zn中的一種或幾種，在所述P相層狀結(jié)構(gòu)中，Al部分替代過(guò)渡金屬位置；在4V以上的高壓段循環(huán)充電時(shí)，在Al?O鍵的離子程度影響下，摻雜的Al促進(jìn)O在高壓段發(fā)生變價(jià)，進(jìn)而促使更多Na元素轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚訬a，從而提升所述正極材料的容量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈉離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種P相含鋁層狀氧化物正極材料、制備方法和鈉離子電池。

背景技術(shù)

鈉與鋰同屬第一主族，物理化學(xué)性質(zhì)較為相似，故鈉離子二次電池是一種潛在的鋰離子二次電池替代品。相比于鋰離子電池，鈉離子電池的能量密度較低。不過(guò)鈉資源在地球上十分豐富，含量約是鋰的12500倍，因而價(jià)格經(jīng)濟(jì)。

目前，鈉離子電池正極材料是限制鈉離子電池容量和各種性能的主要因素。在鈉離子電池正極材料的研究中，層狀氧化物是研究最廣泛的一類。如Na-M-O體系層狀氧化物中，是將過(guò)渡金屬M(fèi)作為氧化還原的中心，其電壓相對(duì)較低。現(xiàn)有技術(shù)中也有在材料中引入非過(guò)渡金屬作為惰性的元素起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)等作用，但現(xiàn)有技術(shù)中在非過(guò)渡金屬加入量較大時(shí)，由于M減少會(huì)造成容量的縮減。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種P相含鋁層狀氧化物正極材料、制備方法和鈉離子電池。P相含鋁層狀氧化物正極材料為具有高壓容量，價(jià)格經(jīng)濟(jì)，性能優(yōu)良的鈉離子電池正極材料。在過(guò)渡金屬層狀氧化物中較大量地加入Al元素，在Al-O鍵的離子程度影響下，摻雜的Al促進(jìn)O在高壓段發(fā)生變價(jià)，進(jìn)而促使更多Na元素轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚訬a，從而使材料在高壓區(qū)間(大于4V)具有氧元素變價(jià)的容量，即進(jìn)一步提升了正極材料的容量。

有鑒于此，在第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種P相含鋁層狀氧化物正極材料為P相層狀結(jié)構(gòu)，化學(xué)通式為Na_xAl_yM_1-yO₂，0＜x＜1,0.1＜y＜1；M為過(guò)渡金屬Ti，Cr，Mn,Fe，Co，Ni，Cu，Zn中的一種或幾種，在所述P相層狀結(jié)構(gòu)中，Al部分替代過(guò)渡金屬位置；

在4V以上的高壓段循環(huán)充電時(shí)，在Al-O鍵的離子程度影響下，摻雜的Al促進(jìn)O在高壓段發(fā)生變價(jià)，進(jìn)而促使更多Na元素轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚訬a，從而提升所述正極材料的容量。

優(yōu)選的，在所述P相層狀結(jié)構(gòu)中，Na占據(jù)O構(gòu)成的三棱柱結(jié)構(gòu)的空隙。

優(yōu)選的，所述高壓段具體為4.0V-4.6V。

優(yōu)選的，所述P相含鋁層狀氧化物正極材料為粉體，由1um以下的片狀一次顆粒、所述片狀一次顆粒聚集的二次顆粒，和/或1um以上的片狀顆粒構(gòu)成。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了上述第一方面所述的P相含鋁層狀氧化物正極材料的制備方法，包括：

按照化學(xué)計(jì)量比將鈉源、鋁源和過(guò)渡金屬源均勻混合，壓片；

在氧氣或空氣氣氛下，600℃-1200℃加熱2-24小時(shí)；

將加熱產(chǎn)物降溫后轉(zhuǎn)移至保護(hù)氣氛下，研磨，即得所述P相含鋁層狀氧化物正極材料。

優(yōu)選的，所述鈉源具體包括：碳酸鈉，碳酸氫鈉，氫氧化鈉，氧化鈉或硝酸鈉中的一種或多種；

所述鋁源具體包括：三氧化二鋁或氫氧化鋁；

所述過(guò)渡金屬源具體包括：過(guò)渡金屬的氧化物，過(guò)渡金屬氫氧化物或過(guò)渡金屬的碳酸鹽；所述過(guò)渡金屬具體包括Ti，Cr，Mn,Fe，Co，Ni，Cu，Zn中的一種或幾種。