一种掺杂改性钠离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于钠离子电池正极材料领域，公开了一种掺杂改性钠离子电池正极材料及其制备方法，正极材料的化学式为：

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂改性钠离子电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钠离子电池正极材料
，具体为一种掺杂改性钠离子电池正极材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]对可再生能源储存的广泛和日益增长的需求，促使人们迫切要求开发一种可持续的
、
高效的能量储存系统
。
在所有不同的能量储存技术中，锂离子电池由于具有出色的循环稳定性被广泛应用，然而锂资源的匮乏和分布不均匀等问题限制了它未来的发展
。
因此，在可充电电池的研究和开发中，考虑成本效益的要求，并确保相应的电极材料是低成本和易于制造，钠离子电池是很有前途的候选者之一
。
在钠离子电池中，正极材料的结构和物化性质直接影响整个体系的性能指标，因而寻求结构稳定
、
性能优异
、
价格低廉的正极材料是发展钠离子电池的关键
。
在众多钠离子电池正极材料中，层状氧化物正极材料由于具有高容量
、
低污染及原料成本低的特性，被认为是一种适于大规模储能应用的理想正极材料
。
[0003]层状氧化物钠离子正极材料可分为
P2、O3、P3
和
O2
型
。
其中，
P2
和
O3
型氧化物最受关注，
P2
型正极由于其较宽的平面四面体中心作为
Na
+
传输通道和低迁移能垒，具有较高的
Na
+
传导性和相对较好的结构稳定性，但其容量低；相比之下，
O3
型
Na
x
TMO2在相对高的
Na
+
浓度
(x
＞
0.8)
产生的容量相对较高，但由于
Na
+
在插入
/
脱出过程中扩散途径受阻，先通过四面体位点，然后进入相邻的两个八面体位点，导致相变复杂，使得
Na
+
的迁移需要克服很大的能垒，此外，不可逆的相变和与颗粒表面的电解质发生的有害的副反应也同时产生，导致
Na
+
传输受阻和性能下降
。
[0004]为解决上述问题，目前采用的方法主要为包覆改性和掺杂改性；其中，包覆改性的包覆层能够缓解电解液对材料的腐蚀，过渡金属离子的溶出，提高正极材料循环稳定性，但是包覆改性往往采用的是非电化学活性的材料，会使正极材料的容量降低，并且并不会抑制高压下复杂的相变
。
而掺杂改性的能够稳定晶体结构，抑制复杂相变
。

技术实现思路

[0005]本专利技术意在提供一种掺杂改性钠离子电池正极材料及其制备方法，该正极材料利用
Mg
2+
、Br
‑
引入取代部分
TM(Ni、Fe、Mn、Ti、Al、Cu、Co、Zn
中的一种或多种
)、O
元素，既有效的改善了钠离子正极材料的电子导电性，提升钠离子电池的快充能力，同时提高了正极材料结构稳定性
、
循环稳定性和存储稳定性；制备该正极材料的原料来源广
、
方法简单
、
成本低
。
解决了
技术介绍
中记载的问题
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种掺杂改性钠离子电池正极材料，所述掺杂改性钠离子电池正极材料的化学式为：
Na
x
TM1‑
y
Mg
y
Br
z
O2‑
z
；其中，
TM
为
Ni、Fe、Mn、Ti、Al、Cu、Co
或
Zn
中的一种或多种，
0.67
＜
x≤1
，0＜
y≤0.2
，0＜
z≤0.2
，且
y
和
z
不同时为
0。
[0008]上述的一种掺杂改性钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、
根据掺杂改性钠离子电池正极材料的化学式中摩尔比称取钠源
、TM
源
、
镁源和溴源；
[0010]S2、
将步骤
S1
称取的钠源
、TM
源
、
镁源和溴源置于球磨机中，正反转交替进行球磨，得到正极材料前驱体；
[0011]S3、
将
S2
得到的正极材料前驱体置于刚玉匣钵中，再将装有正极材料前驱体的刚玉匣钵转移到窑炉中，在保护气氛下煅烧，煅烧完成后，冷却即得到所需掺杂改性钠离子电池正极材料
。
[0012]进一步地，在
S1
中，钠源为碳酸钠
、
氢氧化钠
、
醋酸钠
、
硝酸钠
、
柠檬酸钠
、
羧甲基纤维素钠中的一种或几种；
TM
源为
TM
的硫酸盐
、
硝酸盐
、
乙酸盐
、
氧化物中的一种或几种；镁源为氢氧化镁
、
碱式碳酸镁
、
硝酸镁
、
硫酸镁
、
氯化镁
、
氧化镁中的一种或几种；溴源为四丁基溴化铵
、
十烷基三甲基溴化铵
、
十二烷基三甲基溴化铵
、
十四烷基三甲基溴化铵
、
十八烷基三甲基溴化铵中的一种或几种
。
[0013]进一步地，在
S1
中，
TM
与钠的物质量之比为1：
1.02
～
1.08
，过量的钠用于补偿在高温煅烧过程中钠的挥发
。
[0014]进一步地，在
S2
中，球磨的条件为：料珠比为1：3～
50
，球磨转速为
200
～
500r/min
，球磨时间为3～
10
小时
。
[0015]进一步地，在
S3
中，保护气氛为氧气或空气；煅烧的条件为：先以1～
10℃/min
的升温速率升温至
400
～
600℃
，预烧4～
8h
，然后再以1～
10℃/min
的升温速率升温至
800
～
950℃
，煅烧
10
～
16h。
[0016]技术方案的有益效果是：
[0017]1、
本专利技术提供的掺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种掺杂改性钠离子电池正极材料，其特征在于，所述掺杂改性钠离子电池正极材料的化学式为：
Na
x
TM1‑
y
Mg
y
Br
z
O2‑
z
；其中，
TM
为
Ni、Fe、Mn、Ti、Al、Cu、Co
或
Zn
中的一种或多种，
0.67
＜
x≤1
，0＜
y≤0.2
，0＜
z≤0.2
，且
y
和
z
不同时为
0。2.
根据权利要求1所述的一种掺杂改性钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
根据掺杂改性钠离子电池正极材料的化学式中摩尔比称取钠源
、TM
源
、
镁源和溴源；
S2、
将步骤
S1
称取的钠源
、TM
源
、
镁源和溴源置于球磨机中，正反转交替进行球磨，得到正极材料前驱体；
S3、
将
S2
得到的正极材料前驱体置于刚玉匣钵中，再将装有正极材料前驱体的刚玉匣钵转移到窑炉中，在保护气氛下煅烧，煅烧完成后，冷却即得到所需掺杂改性钠离子电池正极材料
。3.
根据权利要求2所述的一种掺杂改性钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在
S1
中，钠源为碳酸钠
、
氢氧化钠
、
醋酸钠
、
硝酸钠
、
柠檬酸钠
、
羧甲基纤维素钠中的一种或几种；
TM
源为
TM

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成浩，
申请(专利权)人：湖南广钠新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：