[發(fā)明專(zhuān)利]一種鋁摻雜層狀氧化物材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210101535.2
• 申請(qǐng)日: 2022-01-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116565190A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周從山;寧盼;胡海燕;謝軍欽;李立軍;李安;張岑;曹兢;吳雄偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖南理工學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/525
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/525;H01M4/505;H01M4/62;H01M4/04;H01M10/054;C01G49/00
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 呂少楠

本發(fā)明公開(kāi)一種鋁摻雜層狀氧化物材料及其制備方法和應(yīng)用。通過(guò)溶膠凝膠法經(jīng)兩次不同溫度煅燒合成化學(xué)式為Nasubgt;x/subgt;Lisubgt;a/subgt;Fesubgt;b/subgt;Alsubgt;c/subgt;Mnsubgt;d/subgt;Osubgt;2/subgt;(0.6≤x≤0.7，0.1≤a≤0.2，0.15≤b≤0.2，0c≤0.14，0.57≤d≤0.67，且a+b+c+d＝1)的P2型鋁摻雜層狀氧化物材料。其中因鋁離子無(wú)電化學(xué)活性，在電池充放電過(guò)程中能夠穩(wěn)定存在于材料的內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)中，使得該材料具有容量高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。在0.1C的電流密度下，該材料的首圈可逆比容量可達(dá)210mAh/g，循環(huán)50圈后容量保持率仍高達(dá)84.45％。本發(fā)明的正極材料原料來(lái)源豐富，成本低廉，對(duì)環(huán)境友好，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈉離子電池正極材料領(lǐng)域，涉及一種鋁摻雜層狀氧化物材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

因自然界中鋰資源的有限分布，使得鋰離子電池在大規(guī)模的儲(chǔ)能應(yīng)用中受到限制。鈉離子電池因鈉儲(chǔ)量豐富、容易獲得、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，使其在大規(guī)模儲(chǔ)能中受到越來(lái)越多的關(guān)注。但鈉離子電池正極材料存在容量低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差等弊端，因而阻礙了其進(jìn)一步的發(fā)展?；诮陙?lái)的研究，層狀過(guò)渡金屬氧化物以其易于合成、原料來(lái)源廣泛、容量高等優(yōu)點(diǎn)成為鈉離子電池中最有研究前景的正極材料之一。然而，現(xiàn)階段研究的層狀過(guò)渡金屬氧化物因內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)對(duì)充放電過(guò)程中離子的可逆遷移限制比較大，導(dǎo)致了鈉離子電池容量的迅速衰減，使其表現(xiàn)出差的循環(huán)性能和倍率性能。因此，開(kāi)發(fā)內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高容量、低成本的層狀過(guò)渡金屬氧化物正極材料對(duì)鈉離子電池在大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用中的發(fā)展有著重要作用。

發(fā)明內(nèi)容

為了改善上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用元素取代優(yōu)化化學(xué)組分的方法改善鈉離子電池正極材料的電化學(xué)性能，提供一種P2型鋁摻雜層狀氧化物材料及其制備方法和在鈉離子電池中的應(yīng)用。

本發(fā)明目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種鋁摻雜層狀氧化物材料，其化學(xué)通式記為Na_xLi_aFe_bAl_cMn_dO₂，其中，各元素的摩爾百分比范圍為0.6≤x≤0.7，0.1≤a≤0.2，0.15≤b≤0.2，0c≤0.14，0.55≤d≤0.67，且a+b+c+d＝1。

例如，0.62≤x≤0.67，示例性為0.6、0.62、0.65、0.67、0.7。

例如，0.12≤a≤0.17，示例性為0.1、0.12、0.15、0.2。

例如，0.16≤b≤0.18，示例性為0.15、0.16、0.18、0.2。

例如，0.05≤c≤0.12，示例性為0.05、0.08、0.1、0.12、0.14。

例如，0.55≤d≤0.59，示例性為0.55、0.57、0.59、0.60、0.62、0.67。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述鋁摻雜層狀氧化物材料由包括Na源、Fe源、Li源、Al源、Mn源的原料經(jīng)溶膠凝膠法制備得到層狀氧化物材料的前驅(qū)體，再對(duì)所述前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)得到。

優(yōu)選地，所述Na源可以為NaNO₃、NaCH₃COO、Na₂CO₃中的至少一種，優(yōu)選為NaNO₃。

優(yōu)選地，所述Fe源可以為Fe(NO₃)₃·9H₂O、Fe(OH)(CH₃COO)₂中的至少一種，優(yōu)選為Fe(NO₃)₃·9H₂O。