【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种正极材料、钠离子电池及其制备方法和应用。
技术介绍
1、现有钠离子层状氧化物正极材料主要存在以下问题：1）相变复杂，且不可逆，循环性能差；2）空气稳定性差。其中，稳定性问题主要是对h2o和co2敏感、易与电解液发生副反应等，进而影响所得电池的循环寿命、储存以及运输等。
2、目前，可通过采用多元金属元素占据等效的原子位点，形成稳定的固溶体，各元素间的协同效应和“鸡尾酒效应”使得正极材料具有高度的原子无序，大密度的边缘错位和丰富的氧空位，进而改善正极材料的结构稳定性与所得电池的循环性能。
3、例如专利申请cn118198350a，采用五种过渡金属制备得到钠离子层状氧化物正极材料，意在提高材料的结构稳定性与所得电池的循环稳定性，但所得电池的循环稳定性仍较差。
4、因此，亟需一种稳定性良好且能有效改善所得电池循环性能的正极材料。
技术实现思路
1、为克服现有技术中所存在的如上缺陷，本专利技术提供了一种正极材料、钠离子电池及其制备方法和应用。该正极材料具备优异的结构稳定性，用于钠离子电池时，可明显改善其循环性能。
2、为实现如上目的，本专利技术采用了如下技术方案。
3、本专利技术提供了一种正极材料的制备方法，其包括如下步骤：多元金属氧化物与有机溶剂的混合溶液，干燥，制得所述正极材料；其中，
4、所述多元金属氧化物中的金属包括第一金属和第二金属；所述第一金属为na，所述第二金属选自ni、cu、mg、fe、
5、所述有机溶剂包括碳酸酯类有机溶剂。
6、本专利技术中，所述混合溶液在干燥过程中，通过粒子-溶剂界面处的自发氧化反应，在多元金属氧化物的表面成膜，所得膜由还原的金属阳离子和金属-有机化合物组成，具备固体电解质界面（cei）膜的性能，也可称人工cei膜。经研究发现，通过直接在正极材料表面成人工cei膜的方式，尤其是在具备高熵稳定性的多元金属氧化物表面成膜时，所得正极材料用于钠离子电池后，可显著提高钠离子电池的循环稳定性。
7、本专利技术中，所述碳酸酯类有机溶剂可指本领域常规的碳酸酯类有机溶剂，其包括碳酸酯类有机溶剂及其氟代物。
8、在一些实施方案中，所述碳酸酯类有机溶剂选自碳酸丙烯酯（pc）、碳酸乙烯酯（ec）、碳酸二甲酯（dmc）、碳酸甲基乙酯（emc）及其氟代物中的一种或多种。
9、在一些实施方案中，所述碳酸酯类有机溶剂为pc、ec、dmc和emc；所述pc、ec、dmc和emc的质量比较佳地为(0.5-1):(0.5-1):(0.5-1):(0.5-1)，更佳地为1:1:0.5:0.5。
10、在一些实施方案中，所述碳酸酯类有机溶剂为pc、氟代碳酸乙烯酯（fec）、ec、dmc和emc；所述pc、fec、ec、dmc和emc的质量比较佳地为(0.5-1):(0.5-1):(0.5-1):(0.5-1):(0.5-1)，更佳地为1:0.5:0.5:0.5:0.5。
11、在一些实施方案中，所述有机溶剂还包括烷酮类有机溶剂；所述烷酮类有机溶剂较佳地为n-甲基吡咯烷酮（nmp）。
12、在一些实施方案中，所述有机溶剂中，所述碳酸酯类有机溶剂和所述烷酮类有机溶剂的质量比为0.1:1-5:1，较佳地为3:1。
13、在一些优选实施方案中，所述有机溶剂为pc、ec、dmc、emc和nmp，所述pc、ec、dmc、emc和nmp的质量比较佳地为1:1:0.5:0.5:1。
14、在一些优选实施方案中，所述有机溶剂为pc、fec、ec、dmc、emc和nmp，所述pc、fec、ec、dmc、emc和nmp的质量比较佳地为1:0.5:0.5:0.5:0.5:1。
15、在一些优选实施方案中，以所述混合溶液的质量为基准，所述多元金属氧化物的质量分数为20-30%，较佳地为25%。
16、在一些实施方案中，所述干燥的方式为喷雾干燥或烘箱干燥；较佳地为喷雾干燥。
17、在一些优选实施方案中，所述喷雾干燥的进风温度为185℃，出风温度为105℃。
18、在一些实施方案中，所述混合溶液的制备包括将所述多元金属氧化物于所述有机溶剂中分散制得。
19、其中，所述分散较佳地为搅拌分散；所述搅拌分散的时间较佳地为12h。
20、在一些实施方案中，所述多元金属氧化物中，所述第二金属为ni、cu、mg、fe、co、mn和ti。
21、在一些优选实施方案中，所述多元金属氧化物的化学通式为na(0.9-1)ni(0.1-0.25)cu(0.1-0.2)mg(0.05-0.15)fe(0.05-0.15)co(0.05-0.1)mn(0.1-0.25)ti(0.1-0.25)o(1.9-2)。
22、在一些具体实施方案中，所述多元金属氧化物的化学通式为nani0.15cu0.15mg0.1fe0.1co0.1mn0.2ti0.2o2。
23、在一些实施方案中，所述多元金属氧化物还包括f。阴离子部分采用f部分取代o，相比m–o键，m–f键强度更高，f部分取代o能提高对电解液腐蚀的抵抗力，显著提升材料的结构和化学稳定性。
24、在一些优选实施方案中，所述多元金属氧化物的化学通式为na(0.9-1)ni(0.1-0.25)cu(0.1-0.2)mg(0.05-0.15)fe(0.05-0.15)co(0.05-0.1)mn(0.1-0.25)ti(0.1-0.25)o(1.9-2)f(0-0.1)。
25、在一些具体实施方案中，所述多元金属氧化物的化学通式为na0.98ni0.15cu0.15mg0.1fe0.1co0.1mn0.2ti0.2o1.98f0.02。
26、在一些具体实施方案中，所述多元金属氧化物的化学通式为na0.95ni0.15cu0.15mg0.1fe0.1co0.1mn0.2ti0.2o1.95f0.05。
27、在一些具体实施方案中，所述多元金属氧化物的化学通式为na0.9ni0.15cu0.15mg0.1fe0.1co0.1mn0.2ti0.2o1.9f0.1。
28、在一些实施方案中，所述多元金属氧化物的制备方法为高温固相法。
29、在一些优选实施方案中，所述多元金属氧化物的制备方法包括如下步骤：
30、s1、第二金属前驱体和溶剂a的混合溶液a，研磨，一次烧结；
31、s2、一次烧结所得产物、第一金属前驱体和溶剂b的混合溶液b，研磨，干燥，二次烧结制得。
32、步骤s1中，所述第二金属前驱体较佳地选自ni前驱体、cu前驱体、mg前驱体、fe前驱体、co前驱体、mn前驱体和ti前驱体中的至少五种，例如选自nio、cuo、mgo、fe2o3、co2o3、mno2和tio2中的至少五种。所述第二金属前驱体的用量满足所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述正极材料的制备方法包括如下步骤：多元金属氧化物与有机溶剂的混合溶液，干燥，制得所述正极材料；其中，
2.如权利要求1所述正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳酸酯类有机溶剂选自PC、EC、DMC、EMC及其氟代物中的一种或多种；
3.如权利要求1所述正极材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂还包括烷酮类有机溶剂；所述烷酮类有机溶剂较佳地为N-甲基吡咯烷酮；
4.如权利要求1所述正极材料的制备方法，其特征在于，所述多元金属氧化物中，所述第二金属为Ni、Cu、Mg、Fe、Co、Mn和Ti；
5.如权利要求1所述正极材料的制备方法，其特征在于，所述干燥的方式为喷雾干燥或烘箱干燥；较佳地为喷雾干燥；
6.如权利要求5所述正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述第二金属前驱体选自Ni前驱体、Cu前驱体、Mg前驱体、Fe前驱体、Co前驱体、Mn前驱体和Ti前驱体中的至少五种，例如选自NiO、CuO、MgO、Fe2O3、Co2O3、MnO2和TiO2中的至少五种；
7.
8.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料由如权利要求1-7任一项所述正极材料的制备方法制得。
9.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池的正极包含如权利要求8所述的正极材料。
10.一种如权利要求8所述的正极材料或如权利要求9所述的钠离子电池在电化学领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述正极材料的制备方法包括如下步骤：多元金属氧化物与有机溶剂的混合溶液，干燥，制得所述正极材料；其中，
2.如权利要求1所述正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳酸酯类有机溶剂选自pc、ec、dmc、emc及其氟代物中的一种或多种；
3.如权利要求1所述正极材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂还包括烷酮类有机溶剂；所述烷酮类有机溶剂较佳地为n-甲基吡咯烷酮；
4.如权利要求1所述正极材料的制备方法，其特征在于，所述多元金属氧化物中，所述第二金属为ni、cu、mg、fe、co、mn和ti；
5.如权利要求1所述正极材料的制备方法，其特征在于，所述干燥的方式为喷雾干燥或烘箱干燥；较佳地为喷雾干燥；
【专利技术属性】
技术研发人员：李旺，蔡春蕾，钟可君，黄晶鑫，
申请(专利权)人：上海杉杉新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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