本發(fā)明屬于鈉離子正極材料，具體來說涉及一種鈉離子電池正極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、過度使用傳統(tǒng)化石能源造成的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，通過發(fā)展綠色可再生能源和尋求低成本、大規(guī)模儲能系統(tǒng)可以有效緩解該問題。20世紀(jì)90年代初鋰離子電池(libs)逐漸開始商業(yè)化，因其在能量密度方面極其出色，在儲能行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位。但是鋰礦儲藏量低且分布不均勻，且隨著如電動汽車等新興行業(yè)不斷發(fā)展，鋰需求量和價格急劇增加。鈉離子電池（sibs）由于鈉元素在地殼中含量豐富而被認(rèn)為是可能在未來替代libs的低成本電化學(xué)儲能技術(shù)，因此得到人們的廣泛關(guān)注。其中，研發(fā)高能量密度、長壽命的正極材料是鈉離子電池發(fā)展的關(guān)鍵之一。層狀氧化物正極材料由于具有較高的理論能量密度而成為了鈉離子電池正極研究的熱點，目前主流層狀氧化物正極材料主要有?o3?相和?p2?相兩種，p2型的層狀氧化物正極材料因其具有特殊的鈉離子配位環(huán)境而具有較快的鈉離子運(yùn)輸速率；而o3?型的層狀氧化物正極材料的初始?na?含量比較高，所以在組裝成全電池后，由o3型的層狀氧化物正極材料制備得到的正極的容量會優(yōu)于?p2。然而層狀氧化物正極材料在高電壓范圍內(nèi)（深度放電狀態(tài)下）容易發(fā)生不可逆的相變，比如p2-o2?相變，從而導(dǎo)致電極材料在充放電過程中發(fā)生不可逆的結(jié)構(gòu)變化和晶體位錯積累，引起電池容量快速衰減并縮短電池的循環(huán)壽命。目前，層狀氧化物正極材料的常見制備合成方法是高溫固相法和溶膠-凝膠法等。高溫固相法得到的材料粒徑較大，結(jié)晶性較好；而溶膠-凝膠法制備得到的材料粒徑分布較為集中，具有較高的可逆比容量及倍率性能。對于同種正極材料而言，高溫固相法制備出的正極材料循環(huán)穩(wěn)定性較差，而溶膠-凝膠法制備的正極材料其循環(huán)性能相對優(yōu)異。但溶膠-凝膠法工藝較為繁冗、且需要消耗大量的有機(jī)原料，不適合工業(yè)生產(chǎn)。

2、公開號為cn?118073552?a的專利公布了一種溶膠-凝膠法制備的p2相層狀錳基正極材料，其運(yùn)用溶膠凝膠法制備得出金屬bi、ni摻雜p2相錳基正極材料，在0.2c電流密度下，其初始容量為128?.73?mah/g，循環(huán)50圈后容量衰減為83?.88?mah/g，循環(huán)穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步提升，并且制備合成工藝復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鈉離子電池正極材料。

2、本發(fā)明的另一目的在于提供上述鈉離子電池正極材料的制備方法。

3、本發(fā)明的另一目的在于提供上述鈉離子電池正極材料在鈉離子電池中的應(yīng)用。

4、本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)的。

5、一種鈉離子電池正極材料，其結(jié)構(gòu)通式為na0.7ni0.27mn0.64li0.027ti0.036sn0.027o2。

6、上述鈉離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

7、步驟1，將na源、ni源、mn源、li源、ti源和sn源混合至均勻，得到第一物質(zhì)，按物質(zhì)的量份數(shù)計，所述na源中na、ni源中ni、mn源中mn、li源中l(wèi)i、ti源中ti和sn源中sn的比為0.735：0.27：0.64：0.02835：0.036：0.027；

8、在步驟1中，na源為na2co3或naoh。

9、在步驟1中，ni源為nio。

10、在步驟1中，mn源為mnco3或mno2。

11、在步驟1中，li源為li2co3或lioh。

12、在步驟1中，ti源為tio2。

13、在步驟1中，sn源為sno2。

14、在步驟1中，將na源、ni源、mn源、li源、ti源和sn源混合，球磨至均勻，得到所述第一物質(zhì)。

15、步驟2，將所述第一物質(zhì)在空氣氣氛下于800~1200oc燒結(jié)?5~12?h，隨爐冷卻，得到第二物質(zhì)；

16、在步驟2中，升溫至800~1200?oc的速率為1~5oc/min。

17、步驟3，將所述第二物質(zhì)和50~100oc的水混合并保持1~7天（熟化），過濾，烘干，得到鈉離子電池正極材料，按質(zhì)量份數(shù)計，第二物質(zhì)和水的比為1：（5~10）。

18、在步驟3中，優(yōu)選于60~70oc放置1~7天。

19、在步驟3中，烘干的溫度為50~200℃，烘干的時間為1~2?h。

20、上述鈉離子電池正極材料在鈉離子電池中提高容量保持率的應(yīng)用。

21、上述鈉離子電池正極材料在鈉離子電池中提高倍率性能的應(yīng)用。

22、在上述技術(shù)方案中，所述鈉離子電池包括液態(tài)鈉離子電池和固態(tài)鈉離子電池。

23、一種鈉離子電池，包括所述鈉離子電池正極材料。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

25、1.?本發(fā)明的鈉離子電池具有優(yōu)異的容量保持率，尤其是在高電流密度下（0.5c電流密度以上），容量保持率性能提高明顯。

26、2.?本發(fā)明的鈉離子電池具有優(yōu)異的倍率性能，由0.1c逐步提高到5c后，再降回到0.1c，其前后0.1c的放電比容量幾乎一致，證明其有優(yōu)異的倍率性能。

27、3.?本發(fā)明采用高溫固相法并且引入了熟化步驟，脫除鈉離子電池正極材料中的部分鈉離子、使其層間變得無序，從而提升鈉離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明的制備方法工藝簡單、環(huán)境友好、且適合放大生產(chǎn)，對開發(fā)高性能鈉離子電池正極材料具有潛在應(yīng)用價值，解決了層狀氧化物鈉離子電池正極材料存在的循環(huán)穩(wěn)定性差的問題。

技術(shù)特征：

1.?一種鈉離子電池正極材料，其特征在于，其結(jié)構(gòu)通式為na0.7ni0.27mn0.64li0.027ti0.036sn0.027o2，由所述鈉離子電池正極材料制備所得鈉離子電池在0.5?c電流密度下的容量保持率達(dá)到87?%，由所述鈉離子電池正極材料制備所得鈉離子電池在1?c電流密度下的容量保持率達(dá)到89%。

2.如權(quán)利要求1所述鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，在步驟1中，將na源、ni源、mn源、li源、ti源和sn源混合，球磨至均勻，得到所述第一物質(zhì)。

4.?根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，在步驟2中，升溫至800~1200oc的速率為1~5?oc/min。

5.如權(quán)利要求1所述鈉離子電池正極材料在鈉離子電池中提高容量保持率的應(yīng)用。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于，鈉離子電池在1?c的電流密度下循環(huán)100圈后容量保持率為86~89%。

7.?根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于，鈉離子電池在0.5?c的電流密度下循環(huán)100圈后容量保持率為86~87?%。

8.如權(quán)利要求1所述鈉離子電池正極材料在鈉離子電池中提高倍率性能的應(yīng)用。

9.一種鈉離子電池，包括權(quán)利要求1所述鈉離子電池正極材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鈉離子電池正極材料及其制備方法和應(yīng)用，一種鈉離子電池正極材料，其結(jié)構(gòu)通式為Na<subgt;0.7</subgt;Ni<subgt;0.27</subgt;Mn<subgt;0.64</subgt;Li<subgt;0.027</subgt;Ti<subgt;0.036</subgt;Sn<subgt;0.027</subgt;O<subgt;2</subgt;。本發(fā)明的鈉離子電池具有優(yōu)異的容量保持率，尤其是在高電流密度下容量保持率性能提高明顯，還具有優(yōu)異的倍率性能。本發(fā)明采用高溫固相法并且引入了熟化步驟，脫除鈉離子電池正極材料中的部分鈉離子、使其層間變得無序，從而提升鈉離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：董辰龍,毛智勇,韓冰緣,陳靜靜,王欣欣,王達(dá)健
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19