一种前驱体辅助制备Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种前驱体辅助制备Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的方法及其应用，其化学式为Na

【技术实现步骤摘要】
一种前驱体辅助制备Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的方法及其应用


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，具体涉及一种Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料及其制备与应用。

技术介绍

[0002]随着传统化石燃料的消耗，人们对风能、太阳能等可再生能源的关注度越来越高，由于此类可再生能源具有地区性和间歇性等特点，使得其不能直接并入电网，迫切需要开发一种可持续的、高效的能源存储系统对其首先进行存储。在各类能源存储技术中，锂离子电池由于其优异的循环稳定性，市场迅速扩张。然而，地壳上锂资源储量低且不平衡，限制了锂离子电池的应用。钠离子电池作为锂离子电池最有希望的替代产品，受到了研究者们的广泛关注，然而，缺乏合适的正极材料仍然是目前制约钠离子电池发展的重要因素。层状过渡金属氧化物材料因工作电压高、容量高、合成平滑等特点而被寄予厚望，然而其稳定性却有待提高。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料及其制备方法，本专利技术提供的正极材料具有粒径小、循环稳定性好、倍率性能高等特点，且制备简单、产率高。
[0004]本专利技术为实现目的，采用如下技术方案：
[0005]本专利技术首先提供了一种Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料，其化学式为Na
0.67
Ni
0.33
‑
x
‑
y
Cu
x
Zn
y
Mn
0.67
O2，其中0≤x<0.33、0≤y<0.33、0≤x+y＜0.33。
[0006]本专利技术还提供了前驱体辅助制备所述Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的方法，是采用草酸一锅法制备获得，或采用分步掺杂法制备获得，或采用共沉淀法制备获得。
[0007]采用草酸一锅法制备Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的步骤为：
[0008]步骤11、将钠源化合物、镍源化合物、铜源化合物、锌源化合物和锰源化合物按照摩尔比溶解于去离子水和乙醇的混合液中，形成溶液A；将草酸另溶于去离子水和乙醇的混合液中，形成溶液B；随后将溶液B缓慢倒入溶液A中，室温搅拌，得到混合悬浊液；
[0009]步骤12、将所述混合悬浊液静置干燥至溶液完全挥发，得到前驱体，并将前驱体进行研磨，得到前驱体粉末；
[0010]步骤13、对所述前驱体粉末进行煅烧，即获得Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料。
[0011]采用分步掺杂法制备Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的步骤为：
[0012]步骤21、将钠源化合物、镍源化合物和锰源化合物按照摩尔比溶解于去离子水和乙醇的混合液中，形成溶液C；将草酸另溶于去离子水和乙醇的混合液中，形成溶液D；随后
将溶液D缓慢倒入溶液C中，室温搅拌，得到混合悬浊液；
[0013]步骤22、将所述混合悬浊液静置干燥至溶液完全挥发，形成前驱体，然后与铜源化合物和锌源化合物一起研磨成粉，得到混合物粉末；
[0014]步骤23、对所述混合物粉末进行煅烧，即获得Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料。
[0015]采用共沉淀法制备Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的步骤为：
[0016]步骤31、将镍源化合物、铜源化合物、锌源化合物和锰源化合物按照摩尔比溶解于去离子水和乙醇的混合液中，形成溶液E；将沉淀剂另溶于去离子水中，形成溶液F；随后将溶液F缓慢倒入溶液E中，室温搅拌，得到混合悬浊液；
[0017]步骤32、将所述悬浊液进行离心、洗涤、干燥，得到前驱体；
[0018]步骤33、将所述前驱体与化学计量比的钠源化合物一起研磨均匀，得到混合物粉末；
[0019]步骤34、对所述混合物粉末进行煅烧，即获得Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料。
[0020]优选的：当采用草酸一锅法或采用分步掺杂法时，所述钠源化合物选自醋酸钠、硝酸钠、草酸钠和柠檬酸钠中的一种或多种；当采用共沉淀法时，所述钠源化合物选自碳酸钠、氢氧化钠、氧化钠、醋酸钠、硝酸钠、草酸钠和柠檬酸钠中的一种或多种。
[0021]优选的：所述镍源化合物选自醋酸镍、硝酸镍、草酸镍、硫酸镍和氯化镍中的一种或多种；所述铜源化合物选自醋酸铜、硝酸铜、草酸铜、硫酸铜和氯化铜中的一种或多种；所述锌源化合物选自醋酸锌、硝酸锌、草酸锌、硫酸锌和氯化锌中的一种或多种；所述锰源化合物选自醋酸锰、硝酸锰、草酸锰、硫酸锰和氯化锰中的一种或多种。
[0022]优选的，在所述共沉淀法中，所述沉淀剂选自碳酸氢铵、碳酸铵、氨水和氢氧化钠中的一种。
[0023]优选的，步骤11、步骤21或步骤31中，所述去离子水和乙醇的混合液是由乙醇和去离子水按体积比1～8：1混合而成。
[0024]优选的：步骤11或步骤21中，所述室温搅拌的时间为4～16h；步骤12或步骤22中，所述干燥的温度为50～90℃；步骤31中，所述室温搅拌的时间为1～12h。
[0025]优选的，步骤13、步骤23或步骤34中，所述煅烧是在空气气氛下进行两步煅烧，分为第一步煅烧和第二步煅烧；所述第一步煅烧的升温速率为1～10℃/min，升温至350～600℃，保温至有机物充分分解(对应草酸一锅法或分步掺杂法)或保温至完全形成氧化物(对应共沉淀法)；所述第二次煅烧的升温速率为1～10℃/min，升温至800～1000℃，保温10～24h至形成P2相结构。
[0026]本专利技术还提供了一种钠离子电池正极片，由正极材料、导电添加剂、粘结剂和溶剂制备而成，所述正极材料选自上述的Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料。
[0027]本专利技术还提供了一种钠离子电池，由正极片、隔膜、有机电解液和负极金属钠组成，所述正极片为上述采用Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的钠离子电池正极片。
[0028]本专利技术的上述钠离子电池可用于电动汽车、太阳能发电、风力发电、智能电网调峰、分布电站或通信基地大规模能量储能器件中。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0030]本专利技术提供了一种高性能的层状氧化物钠离子电池正极材料，化学式为Na
0.67
Ni
0.33
‑
x
‑
y
Cu
x
Zn
y
Mn
0.67
O2(0≤x<0.33,0≤y<0.33,0≤x+y＜0.33)。本专利技术提供的正极材料工作电压高、循环稳定性好、倍率性能高、成本低廉，是理想的钠离子电池正极材料。另外，本专利技术提供的正极材料合成工艺采用独特的前驱体法退火制备，合成材料粒径小，性能较一般固相合成法好。
附图说明
[0031]图1为实施例1所得目标产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料，其特征在于：所述钠离子电池正极材料的化学式为Na
0.67
Ni
0.33
‑
x
‑
y
Cu
x
Zn
y
Mn
0.67
O2，其中0≤x<0.33、0≤y<0.33、0≤x+y＜0.33。2.一种前驱体辅助制备权利要求1所述Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的方法，其特征在于：采用草酸一锅法制备获得，或采用分步掺杂法制备获得，或采用共沉淀法制备获得。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：采用草酸一锅法制备Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的步骤为：步骤11、将钠源化合物、镍源化合物、铜源化合物、锌源化合物和锰源化合物按照摩尔比溶解于去离子水和乙醇的混合液中，形成溶液A；将草酸另溶于去离子水和乙醇的混合液中，形成溶液B；随后将溶液B缓慢倒入溶液A中，室温搅拌，得到混合悬浊液；步骤12、将所述混合悬浊液静置干燥至溶液完全挥发，得到前驱体，并将前驱体进行研磨，得到前驱体粉末；步骤13、对所述前驱体粉末进行煅烧，即获得Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料；采用分步掺杂法制备Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的步骤为：步骤21、将钠源化合物、镍源化合物和锰源化合物按照摩尔比溶解于去离子水和乙醇的混合液中，形成溶液C；将草酸另溶于去离子水和乙醇的混合液中，形成溶液D；随后将溶液D缓慢倒入溶液C中，室温搅拌，得到混合悬浊液；步骤22、将所述混合悬浊液静置干燥至溶液完全挥发，形成前驱体，然后与铜源化合物和锌源化合物一起研磨成粉，得到混合物粉末；步骤23、对所述混合物粉末进行煅烧，即获得Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料；采用共沉淀法制备Cu,Zn掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料的步骤为：步骤31、将镍源化合物、铜源化合物、锌源化合物和锰源化合物按照摩尔比溶解于去离子水和乙醇的混合液中，形成溶液E；将沉淀剂另溶于去离子水中，形成溶液F；随后将溶液F缓慢倒入溶液E中，室温搅拌，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：章根强，万广林，彭波，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：