无Fe元素的层状氧化物正极材料、其制备方法、正极组合物、钠离子二次电池和用途技术

技术编号：43742447 阅读：3 留言：0更新日期：2024-12-20 13:03

本发明专利技术涉及无Fe元素的层状氧化物正极材料、其制备方法、正极组合物、钠离子二次电池和用途。所述无Fe元素的层状氧化物正极材料具有通式Na<subgt;2y+2s</subgt;Cu<subgt;x</subgt;Ni<subgt;y</subgt;Mn<subgt;1‑y</subgt;Ti<subgt;j</subgt;H<subgt;s‑x</subgt;O<subgt;2+2s+2j</subgt;，其中0.03≤x≤0.11；0.40≤y≤0.50；0.08≤j≤0.16；x+0.04＜s≤j+0.02；H为+2价活性金属元素，H包含下标在0.020以上的Zn，以及含量在0.020以上的Mg，且进一步包含Ca、Sr和Ba中的一种或多种，所述Ca、Sr和Ba各自当存在时下标各自≤0.010。本发明专利技术的无Fe元素的层状氧化物正极材料具备良好的初始放电比容量、倍率性能和循环性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及储能、特别是钠离子二次电池领域，具体地，本专利技术涉及无fe元素的层状氧化物正极材料、其制备方法、包括其的正极组合物、包括所述正极组合物的钠离子二次电池以及所述钠离子二次电池的用途。

技术介绍

1、钠离子二次电池具有与锂离子二次电池类似的结构原理，通过钠离子在正负极之间的反复脱嵌、转移、传递来工作。相比于锂离子二次电池，钠离子二次电池具有资源丰富、原材料成本较低等优势，有利于实现廉价的规模储能以及大规模商业应用，在近几年得到了非常快速的发展。

2、当前产业化的钠离子正极材料以层状氧化物类为代表。钠离子层状氧化物类正极材料面临的核心问题之一是如何有效提升能量密度。此外，随着电子产品在人们的日常生活中的日益普及，人们对钠离子二次电池的倍率性能、循环性能、安全性能等的要求也越来越高。

3、因此，本领域仍需开发出一种新的具备较高的初始放电比容量(克容量)、倍率性能和循环性能，以及良好的安全性能的层状氧化物正极材料，以更好地满足市场需求。

技术实现思路

1、本专利技术是鉴于现有技术中存在的上述问题而做出的。

2、在第一方面中，本专利技术涉及一种无fe元素的层状氧化物正极材料，其具有如下通式：

3、na2y+2scuxniymn1-ytijhs-xo2+2s+2j

4、其中，0.03≤x≤0.11、优选0.03≤x≤0.08；0.40≤y≤0.50、优选0.45≤y≤0.50、更优选0.47≤y≤0.50；0.08

5、在第二方面中，本专利技术涉及一种制备根据本专利技术第一方面所述的层状氧化物正极材料的方法，其包括以下步骤：

6、步骤a：将na源、cu源、ti源、ni源、mn源、和h源以化学计量比均匀混合，所述h源包含zn源、mg源，且进一步包含ca源、sr源和ba源中的一种或多种；和

7、步骤b：将步骤a所得混合物在800至1000℃下烧结10至30小时，冷却，任选地粉碎、筛分。

8、在第三方面中，本专利技术涉及一种正极组合物，其包括根据本专利技术第一方面所述的无fe元素的层状氧化物正极材料。

9、在第四方面中，本专利技术涉及一种钠离子二次电池，其包括根据本专利技术第三方面所述的正极组合物。

10、在第五方面中，本专利技术涉及本专利技术的第四方面的钠离子二次电池在用于太阳能发电、风力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源或通信基站的储能设备中的用途。

11、专利技术人在研究中意外发现，通过调控无fe元素的层状氧化物正极材料的组成，包括cu、ti、ni、mn以及掺杂元素zn、mg和任选的ca、sr、ba的含量，以及+2价掺杂元素与cu、ti的含量关系，可尤其是增加无fe元素的层状氧化物正极材料的初始放电比容量，改善倍率性能和循环性能。此外，专利技术人还发现，相比于含fe元素的层状氧化物正极材料，本专利技术的无fe元素的层状氧化物正极材料具备更好的安全性能。

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【技术保护点】

1.无Fe元素的层状氧化物正极材料，其具有如下通式：

2.根据权利要求1所述的无Fe元素的层状氧化物正极材料，其中s在0.10至0.18、优选0.10至0.13的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的无Fe元素的层状氧化物正极材料，其中Ca、Sr和Ba的下标之和为0.001至0.010。

4.根据权利要求1-3任一项所述的无Fe元素的层状氧化物正极材料，其中H为选自Zn+Mg+Ca、Zn+Mg+Sr、Zn+Mg+Ba、Zn+Mg+Ca+Sr、Zn+Mg+Ca+Ba、Zn+Mg+Sr+Ba、Zn+Mg+Ca+Sr+Ba中的一种。

5.根据权利要求1-4任一项所述的无Fe元素的层状氧化物正极材料，其中Cu对Ni的摩尔比在0.06至0.28、优选0.06至0.18例如0.06至0.16的范围内。

6.根据权利要求1-5任一项所述的无Fe元素的层状氧化物正极材料，其中所述无Fe元素的正极材料为O3相正极材料。

7.制备根据权利要求1至6任一项所述的无Fe元素的层状氧化物正极材料的方法，其包括以下步骤：

9.正极组合物，其为钠离子二次电池用正极组合物，其包括根据权利要求1至6任一项所述的无Fe元素的层状氧化物正极材料。

10.钠离子二次电池，其包括根据权利要求9所述的正极组合物。

11.如权利要求10所述的钠离子二次电池在用于太阳能发电、风力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源或通信基站的储能设备中的用途。

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【技术特征摘要】

1.无fe元素的层状氧化物正极材料，其具有如下通式：

2.根据权利要求1所述的无fe元素的层状氧化物正极材料，其中s在0.10至0.18、优选0.10至0.13的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的无fe元素的层状氧化物正极材料，其中ca、sr和ba的下标之和为0.001至0.010。

4.根据权利要求1-3任一项所述的无fe元素的层状氧化物正极材料，其中h为选自zn+mg+ca、zn+mg+sr、zn+mg+ba、zn+mg+ca+sr、zn+mg+ca+ba、zn+mg+sr+ba、zn+mg+ca+sr+ba中的一种。

5.根据权利要求1-4任一项所述的无fe元素的层状氧化物正极材料，其中cu对ni的摩尔比在0.06至0.28、优选0.06至0.18例如0.06至0.16的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈森，武凯利，王建鑫，王伟刚，戚兴国，李树军，
申请(专利权)人：溧阳中科海钠科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：

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