[發(fā)明專利]一種鈉離子電池正極材料、制備方法及應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110441880.6
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113184922A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設計）人: 陳忠偉;余愛萍
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江晨陽新材料有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/054;B82Y40/00
• 代理公司: 浙江千克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 田靜

本發(fā)明公開一種鈉離子電池正極材料，化學式為：Na_0.66(Mn_0.8?y?zNi_yCo_z)O₂,其中，0y0.15，0z0.15；本發(fā)明還公開了該正極材料的制備方法，包括以下步驟：步驟一、將硝酸鎳、硝酸鈷和硝酸錳制成以ZIF?67為模板的前驅(qū)體；步驟二、均勻混合前驅(qū)體和碳酸鈉；步驟三、熱處理得目標正極材料；本發(fā)明還公開了具有正極材料為Na_0.66(Mn_0.8?y?zNi_yCo_z)O₂的鈉離子電池；本該發(fā)明以ZIF?67作為前驅(qū)體模板，結(jié)合制備工藝參數(shù)的調(diào)整，制得粒徑均勻的Na_0.66Mn_0.8?y?zNi_yCo_zO₂，本發(fā)明的正極材料具有良好的結(jié)晶性以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，本發(fā)明的鈉離子電池循環(huán)性能和倍率性能均顯著提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈉離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有氮元素的鈉離子電池正極材料、制備方法及應用。

背景技術(shù)

大型能量存儲設備需要使用環(huán)保材料制成的電池組。鈉具有成本低，自然資源豐富和毒性低等優(yōu)點，因此鈉離子電池成為有毒且成本高的鋰離子電池的極佳替代品。目前鈉離子電池常用的正極材料中，具有p2型的層狀氧化物具有高電化學活性，并可以提供高速率性能。p2型正極材料在充電/放電過程中表現(xiàn)出鈉離子擴散速率高和相變低等特點。

WO2017/125279A1專利申請中公開一種鈉離子正極材料的制備方法中公開了正極材料的化學式為：Na_aLi_bNi_cMn_dFe_eTi_fO_g，其中0.70 a 1.0; 0.01 b 0.2; 0.10 c 0.37; 0.20 d 0.5; 0.00 e 0.3; 0.10 f 0.2; 1.85 g 2.2；金屬氧化物和碳酸鹽通過球磨和高溫煅燒制得P2型正極材料，該正極材料制得的Na陽極半電池在2-4.3V內(nèi)100個循環(huán)后表現(xiàn)出80％的容量保持率。

美國專利US2011/8835041B2中鈉離子電池正極材料的化學式為：Na_cLi_dNi_eMn_fM_zO_b，其中M為一種或者多種陽離子， 0.24≦c/b≦0.5, 0d/b≦0.23, 0≦e/b≦0.45, 0≦f/b≦0.45, 0≦z/b≦0.45。本申請公開了固態(tài)法制備正極材料在2-4.2V范圍的低循環(huán)性能較差。

申請?zhí)枮閃O2014132174A1，其中包含式Na_xM0₂的鈉過渡金屬正極材料，其中M＝Mn_1-y-zLi_yA_z，其中z＜0.2并且y＜0.33和0.66＜x＜0.95，A是一種或多種元素，本發(fā)明提供了通過固相法制備p2型正極材料，1.5-4.4 V范圍內(nèi)循環(huán)性能衰退。

所有上述摻雜方法制得p2型層狀鈉過渡金屬正極材料，上述正極材料在較低的截止電壓可穩(wěn)定循環(huán)，但是倍率性能不佳，這不能滿足大規(guī)模儲能裝置需求。相反，P2型層正極狀材料在高壓循環(huán)出現(xiàn)容量衰減，這種容量衰減與不可逆的相變和活性物質(zhì)溶解到電解質(zhì)中有關(guān)，從而限制了正極材料的完全利用。現(xiàn)有技術(shù)使用不同金屬摻雜改善的P2型層狀正極材料，沒有顯示出在高壓循環(huán)下的穩(wěn)定性能。現(xiàn)有技術(shù)中P2層狀鈉過渡金屬氧化物正極材料在2-4.5V的電壓下循環(huán)性能不穩(wěn)定主要源自于電壓高于4.3V時材料發(fā)生不可逆的相變。現(xiàn)有技術(shù)中報道的摻雜方法不能解決不可逆相變以穩(wěn)定p2型正極材料性能。