【技术实现步骤摘要】
本专利技术创造涉及钠离子电池，尤其涉及了一种筛分型钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、考虑到地壳锂资源分布不均且主要锂矿资源分布于南美和澳洲区域，我国锂离子电池产业始终存在供应链上的安全隐患。钠离子电池因其资源丰富，成本低廉及优越的低温和快充特性，可弥补锂离子电池在高寒、宽温、快充方面的短板，成为锂离子电池的一种潜在替代品，特别是在大规模储能系统和电动汽车动力系统中，钠离子电池展现出了广阔的应用前景。
2、现有层状金属氧化物正极材料，具有易于合成、结构稳定可控的优点，且通过过渡金属元素的选择与调控，能够实现高容量和高电压的电化学特性，是构建高能量密度钠离子电池的首选。但是高容量高电压正极材料的制备通常采用提升过渡金属的含量来实现，然而，具有jahn-teller效应的ni、mn等过渡金属会使材料结构发生不可逆的相变，导致这些过渡金属的溶出，造成可逆容量的损失并影响负极侧的电化学界面稳定。同时空气中的水分子以及电解液与正极表界面反应所产生的hf等副产物会加剧过渡金属的溶出，这些层状金属氧化物往往表现出较差的循环稳定性。
3、虽然表面包覆是抑制层状金属氧化物与电解液以及潮湿空气直接接触的最有效策略，且包覆层可成为维持应变和体积膨胀的缓冲器，在各类包覆材料中，无孔或少孔碳材料在抑制界面副反应发生的同时可有效提升电极的电导率。但是现有技术中，常规的碳包覆的烧结方法无法制备出多孔结构，得到的均是无孔或少孔的碳包覆层，虽然可以有效抑制表面副反应发生和过渡金属溶出，但是无法对孔口尺寸进行精细的限制，并
技术实现思路
1、为了解决现有技术中抑制层状金属氧化物表面副反应发生和离子快速传输难以兼具的问题，本专利技术提供了一种筛分型钠离子电池正极材料及其制备方法和应用，通过在层状氧化物前驱体表面引入可控聚合碳前驱体得到的复合前驱体，随后通过烧结工艺同时实现正极材料的合成和表面包覆多孔碳层，之后通过化学气相沉积技术进一步得到筛分型碳包覆层的层状金属氧化物正极材料，用于钠离子电池正极中，具备优异的循环稳定性和离子传输速率。
2、本专利技术的一方面在于提供了一种筛分型钠离子电池正极材料的制备方法，包括多孔碳包覆的层状氧化物正极材料的制备和筛分型钠离子电池正极材料的制备，所述多孔碳包覆的层状氧化物正极材料是由层状氧化物前驱体与碳前驱体的复合前驱体经热处理过程制备得到，其中，所述层状氧化物前驱体与碳前驱体的质量比为1:1-1000:1；所述中热处理的温度为600-1000℃；
3、所述筛分型钠离子电池正极材料是由多孔碳包覆的层状氧化物正极材料经一次化学气相沉积过程制备得到，其中，所述化学气相沉积过程中碳源气通气速率为200-500ml/min，沉积温度为600-1000℃，反应时间为30-240min。
4、进一步的，所述层状氧化物前驱体为naxtmo2前驱体，x≤1，m为ni、co、fe、mn、cu、zn中的至少一种。
5、进一步的，所述碳前驱体为酚醛树脂、葡萄糖、蔗糖、聚丙烯和聚丙烯腈中的至少一种；
6、优选的，所述碳前驱体的状态为熔融液或固体粉末。
7、进一步的，具体包括以下步骤：
8、步骤1 将层状氧化物前驱体与碳前驱体按质量比为1：1-1000：1的比例进行搅拌混合或浸渍混合，得到复合前驱体；
9、步骤2 将步骤1中得到的复合前驱体放置于管式炉中，在氮气或氩气的保护气氛下进行热处理，得到多孔碳包覆的层状氧化物正极材料；
10、步骤3 将步骤2中得到的多孔碳包覆的层状氧化物正极材料置于化学气相沉积炉中，通入预定流量的氮气或氩气，升温至沉积温度后，通入碳源气，待反应完成后，切断碳源气，在氮气或氩气的保护气氛下降温至室温，得到所述的筛分型钠离子电池正极材料。
11、优选的，步骤1中所述浸渍混合的过程为：将碳前驱体按0.1-100m的浓度配置成水溶液，按层状氧化物前驱体与碳前驱体质量比为1：1-1000：1的比例，将层状氧化物前驱体倒入水溶液中浸渍6-48h，进行过滤处理后将滤饼烘干，得到复合前驱体。
12、优选的，所述步骤2中的热处理时间为2-4h。
13、进一步的，所述步骤2中得到的多孔碳包覆的层状氧化物正极材料的比表面积为50 m2/g。
14、进一步的，步骤3中所述的碳源气为乙炔、苯蒸汽、甲苯蒸汽、二甲苯蒸汽、乙烯、甲烷、丙烷、天然气中的至少一种。
15、进一步的，所述制备方法还可以用于制备普鲁士蓝化合物、聚阴离子化合物和过渡金属氧化物筛分型碳包覆层的正极材料。
16、基于上述的制备方法，本专利技术提供了一种筛分型钠离子电池正极材料，为具有筛分型碳包覆层的层状氧化物正极材料。
17、优选的，所述筛分型钠离子电池正极材料的比表面积为＜5 m2/g，孔口孔径为0.3-0.5nm。
18、本专利技术的另一目的在于提供一种筛分型钠离子电池正极材料在钠离子电池中的应用。
19、优选的，所述筛分型钠离子电池正极材料在钠离子电池中的可逆储钠容量为150-200mah/g，首次库伦效率＞90%。
20、本专利技术创造的优点在于：
21、1、本专利技术通过烧结工艺同时实现正极材料的合成和表面包覆多孔碳层，再通过化学气相沉积技术对孔径进行精调，得到筛分型碳包覆层的正极材料，其可逆储钠容量可达200mah/g，首次库伦效率达93%，在容量保持率为80%时，可稳定运行4000圈，具备优异的性能。
22、2、本专利技术通过在正极材料表面包覆多孔碳并对孔隙进行气相沉积实现筛分型碳包覆层的设计，与现有技术相比，在有效抑制表面副反应发生和过渡金属溶出的同时，可以提供良好的离子传输速率，解决了现有技术中抑制正极表面副反应发生和离子快速传输难以兼具的问题。
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1.一种筛分型钠离子电池正极材料的制备方法，包括多孔碳包覆的层状氧化物正极材料的制备和筛分型钠离子电池正极材料的制备，其特征在于，所述多孔碳包覆的层状氧化物正极材料是由层状氧化物前驱体与碳前驱体的复合前驱体经热处理过程制备得到；其中，所述层状氧化物前驱体与碳前驱体的质量比为1:1-1000:1，所述热处理过程的温度为600-1000℃；
2.根据权利要求1所述的一种筛分型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述层状氧化物前驱体为NaxTMO2前驱体，x≤1，M为Ni、Co、Fe、Mn、Cu、Zn中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种筛分型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳前驱体为酚醛树脂、葡萄糖、蔗糖、聚丙烯和聚丙烯腈中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种筛分型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳前驱体的状态为熔融液或固体粉末。
5.根据权利要求1所述的一种筛分型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种筛分型钠离子电池正极材料的
7.根据权利要求5所述的一种筛分型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的热处理时间为2-4h。
8.根据权利要求5所述的一种筛分型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的碳源气为乙炔、苯蒸汽、甲苯蒸汽、二甲苯蒸汽、乙烯、甲烷、丙烷、天然气中的任意一种。
9.一种筛分型钠离子电池正极材料，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。
10.一种根据权利要求9所述的筛分型钠离子电池正极材料在钠离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种筛分型钠离子电池正极材料的制备方法，包括多孔碳包覆的层状氧化物正极材料的制备和筛分型钠离子电池正极材料的制备，其特征在于，所述多孔碳包覆的层状氧化物正极材料是由层状氧化物前驱体与碳前驱体的复合前驱体经热处理过程制备得到；其中，所述层状氧化物前驱体与碳前驱体的质量比为1:1-1000:1，所述热处理过程的温度为600-1000℃；
2.根据权利要求1所述的一种筛分型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述层状氧化物前驱体为naxtmo2前驱体，x≤1，m为ni、co、fe、mn、cu、zn中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种筛分型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳前驱体为酚醛树脂、葡萄糖、蔗糖、聚丙烯和聚丙烯腈中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种筛分型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳前驱体的状态为熔融液或固体粉末。
5.根据权利要求1所述的一种筛分型钠离子电池正...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶莹，张一波，张俊，杨全红，王琪，褚悦，杨晨旭，
申请(专利权)人：钠坤碳源天津科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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