一种层状氧化物材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于钠离子电池材料技术领域，具体涉及一种层状氧化物材料及其制备方法；所述层状氧化物材料化学式为：Na

【技术实现步骤摘要】
一种层状氧化物材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于钠离子电池材料
，具体涉及一种层状氧化物材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]钠离子电池的工作原理和锂离子电池相似，且钠资源全球储量丰富且均匀，开采成本低。目前，关于层状氧化物材料的研究主要集中在正极材料，正极材料的性能往往决定着整个电池的电化学性能，开发性能优异的正极材料是解决层状氧化物材料规模化应用的前提。
[0003]层状过渡金属氧化物作为一类重要层状氧化物材料正极材料，具有价格便宜和制备方法简单的优点，有较好的商业化应用前景。但其在充放电过程中，钠离子的脱嵌会导致结构的不可逆变化，且现有技术方案中，材料随着Na元素含量增加，XRD结构由P2晶相结构逐渐转化为O2晶相，材料不具备完整晶相结构，制备成电池后，充放电过程中Mn元素氧化至高电位，从而与电解液反应，析出Mn元素，从而影响电极的循环稳定性，这是目前制约过渡金属氧化物产业化的关键问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：提供一种层状氧化物材料，通过元素掺杂，降低Mn元素的氧化电位，减少Mn元素的溶出，改善电池的循环寿命，且该材料具有完整晶相结构，抑制钠离子的脱嵌导致的结构的不可逆变化，减少材料与电解液的副反应。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]根据本申请的一方面，本申请提供一种层状氧化物材料，所述层状氧化物材料化学式为：Na
y
Mn
x
A
(1
‑
x)
O2，其中，A为Fe、Mg、K、Sr、Al、Ti、Cu、Sb、V、Y、Ce、Nb、Zr、Co元素中的一种或两种以上；0.6≤x＜1，0.45≤y≤1.1；
[0007]所述层状氧化物材料的XRD谱图有以下特征峰：衍射峰A：16.5
°
～18.5
°
、衍射峰B：34.5
°
～35.5
°
、衍射峰C：35.5
°
～36.5
°
、衍射峰D：36.5
°
～36.8
°
、衍射峰E：41
°
～41.5
°
、衍射峰F：42.8
°
～43.5
°
。
[0008]优选的，所述层状氧化物材料中Na元素重量百分比为：18～22％。
[0009]优选的，所述层状氧化物材料中Mn元素重量百分比为：30～50％。
[0010]优选的，所述层状氧化物材料中A的重量百分比为0.1～10％。
[0011]优选的，所述层状氧化物的中值粒径D
50
为3～16μm，比表面积为0.2
‑
15m2/g。
[0012]根据本申请的另一方面，本申请提供一种层状氧化物材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)将Na源、Mn源、A源按照摩尔比为Na：Mn：A＝y：x：(1
‑
x)的比例混合，得混合物M,其中，0.6≤x＜1.0，0.60≤y≤1.0；
[0014](2)在混合物M中加入质量分数1～5％的有机酸分散，经过干燥工序后，经烧结工
序和粉碎工序制备得到，所述烧结工艺的升温速率为2
‑
5℃/min；升温温度为400
‑
900℃。
[0015]优选的，所述Na源为单水氢氧化钠、草酸钠、碳酸钠、硝酸钠、醋酸钠、氟化钠、氯化钠、叔丁醇钠和柠檬酸钠中的至少一种。
[0016]优选的，所述Mn源和A源为碳酸盐、硫酸盐、氧化物、醋酸盐、草酸盐和氢氧化物中的至少一种。
[0017]优选的，所述有机酸为硬脂酸、丙烯酸中的至少一种。
[0018]优选的，所述烧结工序通入的气体为富氧空气,所述富氧空气中氧气的体积含量为30
‑
97％,气氛流量为200
‑
700Nm3/h。
[0019]本专利技术的有益效果在于：提供以Mn为主的正极材料层状氧化物，该材料具有完整晶相结构，抑制钠离子的的脱嵌导致的结构不可逆变化，减少了材料与电解液的副反应，并且通过元素掺杂，降低Mn元素的氧化电位，抑制了材料中的Mn元素在钠离子脱嵌后的溶解和析出，缓解了材料结构的崩塌，减少了钠离子的不可逆脱出和嵌入，改善电池的循环寿命，该材料在4.2V
‑
2.0V电压区间0.1C充放电的克容量≥140mAh/g。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0021]图1为本专利技术中实施例1和对比例1提供的层状氧化物的X射线衍射图(XRD)。
[0022]图2为本专利技术实施例1提供的层状氧化物的SEM图。
[0023]图3为本专利技术实施例1提供的DQ/DV曲线图。
[0024]图4为本专利技术对比例1的DQ/DV曲线图。
[0025]图5为本专利技术实施例1的充放电曲线图。
[0026]图6为本专利技术对比例1的充放电曲线图。
[0027]图7为本专利技术实施例1的粒度分布图。
[0028]图8为本专利技术实施例1和对比例1的循环性能对比图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]根据本申请的一方面，本申请提供一种层状氧化物材料，所述层状氧化物材料化学式为：Na
y
Mn
x
A
(1
‑
x)
O2，其中，A为Fe、Mg、K、Sr、Al、Ti、Cu、Sb、V、Y、Ce、Nb、Zr、Co元素中的一种或两种以上；0.6≤x＜1，0.45≤y≤1.1；
[0031]本专利技术的层状氧化物材料以Mn为主，再通过元素掺杂，降低了Mn元素的氧化电位，抑制了材料中的锰元素在钠离子脱嵌后的溶解和析出，缓解了材料结构的崩塌，减少了钠离子的不可逆的脱出和嵌入，改善电池循环性能，且该材料具有完整的晶相结构，能抑制钠离子的脱嵌导致的结构的不可逆变化，减少材料与电解液的副反应；该材料克容量提升至
140mAh/g
‑
180mAh/g。
[0032]所述层状氧化物材料的XRD谱图有以下特征峰：衍射峰A：16.5
°
～18.5
°
、衍射峰B：34.5
°
～35.5
°<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层状氧化物材料，其特征在于，所述层状氧化物材料化学式为：Na
y
Mn
x
A
(1
‑
x)
O2，其中，A为Fe、Mg、K、Sr、Al、Ti、Cu、Sb、V、Y、Ce、Nb、Zr、Co元素中的一种或两种以上；0.6≤x＜1，0.45≤y≤1.1；所述层状氧化物材料的XRD谱图有以下特征峰：衍射峰A：16.5
°
～18.5
°
、衍射峰B：34.5
°
～35.5
°
、衍射峰C：35.5
°
～36.5
°
、衍射峰D：36.5
°
～36.8
°
、衍射峰E：41
°
～41.5
°
、衍射峰F：42.8
°
～43.5
°
。2.根据权利要求1所述的层状氧化物材料，其特征在于，所述层状氧化物材料中Na元素重量百分比为：18～22％。3.根据权利要求1所述的层状氧化物材料，其特征在于，所述层状氧化物材料中Mn元素重量百分比为：30～50％。4.根据权利要求1所述的层状氧化物材料，其特征在于，所述层状氧化物材料中A的重量百分比为0.1～10％。5.根据权利要求1所述的层状氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李诗文，陈逊杰，王城隆，程君，
申请(专利权)人：贵州锦源晟新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：