本公开涉及钠离子电池,具体而言,涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法与钠离子电池。
背景技术:
1、锂离子电池已经高速发展,目前可以说已进入了千家万户,各行各业以及广泛运用于社会生活中的各个领域,如储能、3c数码、电子仪器、通讯设备、交通运输、娱乐行业等。但是,随着锂、镍、钴等矿产资源的稀缺,且价格成直线上飙,对市场影响较大,较难满足人们对物美价廉的需求。而钠资源丰富,价格实惠,其钠离子电池安全、环保、性价比高。因此,钠正极材料也逐步走入各大电池厂商和研究人员的视野中。
2、但常见的钠电层状过渡金属氧化物材料在反复充放电的过程中容易发生不可逆相变,且晶格会发生畸变,导致材料层间距间会剧烈的收缩、扭曲以及滑移、结构坍塌、残钠比较严重等问题,宏观上表现为循环性能的恶化。
3、鉴于此,特提出本公开。
技术实现思路
1、本公开的目的包括提供一种钠离子电池正极材料及其制备方法与钠离子电池,以解决或改善上述技术问题。
2、本公开可这样实现:
3、第一方面,本公开提供一种钠离子电池正极材料,其包括钠正极层状氧化物以及包覆于钠正极层状氧化物表面的包覆层;
4、其中,包覆层中含有由导电材料与nax1qpoy1形成的复合物,q包括fe、ti、v、mn和al中的至少一种,0<x1≤2,0<y1≤4。
5、在可选的实施方式中,复合物中,nax1qpoy1分散于导电材料形成的网络结构中。
6、在可选的实施方式中,导电材料与nax1qpoy1的质量比为0.01:1至0.1:1。
7、在可选的实施方式中,导电材料包括含碳的导电柔性材料和导电高分子材料中的至少一种。
8、在可选的实施方式中,含碳的导电柔性材料包括石墨烯、石墨、碳纳米管、碳纳米线、碳量子点和碳纳米片中的至少一种;或,导电高分子材料包括聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩中的至少一种。
9、在可选的实施方式中,钠正极层状氧化物的分子式为nanix2mny2fezmao2,其中,0≤x2<1,0≤y2<1,0≤z<1,0≤a<1,且x2+y2+z+a=1,m包括铜、锌、铪、钽、钋、镓、铟、钴、铝、锂、钾、锆、锡、锑、钨、钡、锶、铬、钙、钛、镁、铌、钼、钒、钯、铋、铯、铊、钇、钪和镧系稀土元素中的至少一种。
10、在可选的实施方式中,m包括铜、锌、铟、钴、铝、锂、钾、锆、锡、锑、钨、钡、锶、铬、钙、钛、镁、铌、铊、钇、钪和镧系稀土元素中的至少一种。
11、在可选的实施方式中,镧系稀土元素包括镧、铈、钕、钐、铕和钆中的至少一种。
12、在可选的实施方式中,包覆层与钠正极层状氧化物的质量比为0.1:100至1:100;
13、或,包覆层的厚度为50nm-500nm。
14、第二方面,本公开提供一种如前述实施方式任一项的钠离子电池正极材料的制备方法,其包括以下步骤:于钠正极层状氧化物的表面形成包覆层。
15、在可选的实施方式中,包覆包括:将含有由导电材料与nax1qpoy1形成的复合物与钠正极层状氧化物共同进行煅烧。
16、在可选的实施方式中,煅烧的温度为200℃-500℃,或,煅烧的时间为2h-30h。
17、在可选的实施方式中,钠正极层状氧化物的制备包括:将钠正极层状氧化物的氢氧化物形式的前驱体与第一钠盐进行烧结处理;或,将钠正极层状氧化物的氧化物形式的前驱体与第一钠盐进行烧结处理。
18、在可选的实施方式中,氢氧化物形式的前驱体中的过渡金属元素的总摩尔量与第一钠盐中钠元素的摩尔量之比为1:1至1:1.05;或,氧化物形式的前驱体中的过渡金属元素的总摩尔量与第一钠盐中钠元素的摩尔量之比为1:1至1:1.05。
19、在可选的实施方式中,氢氧化物形式的前驱体中的过渡金属元素的总摩尔量与第一钠盐中钠元素的摩尔量之比为1:1.02;或,氧化物形式的前驱体中的过渡金属元素的总摩尔量与第一钠盐中钠元素的摩尔量之比为1:1.02。
20、在可选的实施方式中,第一钠盐包括碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠和硝酸钠中的至少一种。
21、在可选的实施方式中,烧结处理的温度为800℃-1000℃,或,烧结处理的时间为12h-24h。
22、在可选的实施方式中,复合物的制备包括:将导电材料与nax1qpoy1反应。
23、在可选的实施方式中,当导电材料为含碳的导电柔性材料时,复合物的制备包括:将nax1qpoy1的制备原料与导电材料混合后进行反应;
24、当导电材料为导电高分子材料时,复合物的制备包括:将nax1qpoy1与导电材料的单体在引发剂和交联剂存在的条件下进行聚合反应。
25、在可选的实施方式中,当导电材料为含碳的导电柔性材料时,nax1qpoy1的制备原料与导电材料的反应温度为0℃-200℃,反应时间为2h-50h。
26、在可选的实施方式中,当导电材料为含碳的导电柔性材料时,nax1qpoy1的制备原料与导电材料的反应温度为60℃-80℃,反应时间为5h-10h。
27、在可选的实施方式中,当导电材料为导电高分子材料时,nax1qpoy1的制备原料与导电材料的聚合反应的温度为0℃-80℃,聚合反应的时间为2h-24h。
28、在可选的实施方式中,引发剂包括聚苯乙烯磺酸盐、过氧化苯甲酰、过氧化十二酰和路易斯酸中的至少一种。
29、在可选的实施方式中,引发剂与导电材料的摩尔比为0.01:1至0.1:1。
30、在可选的实施方式中,交联剂包括2-乙基-4甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-异丙基咪唑、四气邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、三亚乙基四胺、二甲胺基丙胺和二乙胺基丙胺中的至少一种。
31、在可选的实施方式中,交联剂的与导电材料的摩尔比为0.01:1至0.1:1。
32、在可选的实施方式中,nax1qpoy1的制备包括:将磷酸盐溶液与q盐以及第二钠盐混合反应。
33、在可选的实施方式中,磷酸盐溶液中的磷酸盐与q盐中的q元素的摩尔比为1:1至1:1.5。
34、在可选的实施方式中,q盐中的q元素与第二钠盐中的na元素的摩尔比为1:1至1:1.05。
35、在可选的实施方式中,磷酸盐溶液中的磷酸盐包括磷酸氢钠、磷酸三钠、磷酸二氢氨、磷酸氢二氨和焦磷酸盐中的至少一种。
36、在可选的实施方式中,第二钠盐包括碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠中的至少一种。
37、在可选的实施方式中,磷酸盐溶液与q盐以及第二钠盐的反应温度为25℃-200℃,反应时间为12h-20h。
38、在可选的实施方式中,磷酸盐溶液与q盐以及第二钠盐的反应温度为100℃-200℃。
39、第三方面,本公开提供一种钠离子电池,其制备原料中包括前述实施方式任一项的钠离子电池正极材料。
40、本公开的有益效果包括:
41、本公开通过将导电材料与nax1qpoy1形成的复合物包覆于钠正极层状氧化物的表面,其中,nax1qpoy1的热稳定性较佳、循环性良好、有较高的电压平台,但nax1qpoy1电子导电性差,很难在晶格内快速传递和扩散。导电材料具有热稳定性好、钠含量高、循环性能好以及电化学性能好的特点,通过将导电材料作为载体与nax1qpoy1复合,能够较好地将nax1qpoy1颗粒(尤其是纳米颗粒)连接起来,而且导电材料还提供了导电传输通道,可有效增强材料的电子传输能力以及导电性。上述包覆层中导电材料与nax1qpoy1起到协同作用,共同改善钠离子电池正极材料在空气中不稳定以及吸水严重等问题,提高钠离子电池正极材料的结构稳定性和循环性能等。
42、上述钠离子电池正极材料的制备方法简单,易操作,可工业化生产。
43、将该钠离子电池正极材料制备钠离子电池,有利于提高钠离子电池的电化学性能。
1.一种钠离子电池正极材料,其特征在于,包括钠正极层状氧化物以及包覆于所述钠正极层状氧化物表面的包覆层;
2.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料,其特征在于,所述复合物中,nax1qpoy1分散于所述导电材料形成的网络结构中;
3.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料,其特征在于,所述钠正极层状氧化物的分子式为nanix2mny2fezmao2,其中,0≤x2<1,0≤y2<1,0≤z<1,0≤a<1,且x2+y2+z+a=1,m包括铜、锌、铪、钽、钋、镓、铟、钴、铝、锂、钾、锆、锡、锑、钨、钡、锶、铬、钙、钛、镁、铌、钼、钒、钯、铋、铯、铊、钇、钪和镧系稀土元素中的至少一种;
4.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料,其特征在于,所述包覆层与所述钠正极层状氧化物的质量比为0.1:100至1:100;
5.一种如权利要求1-4任一项所述的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:于所述钠正极层状氧化物的表面形成所述包覆层。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,包覆包括:将含有由导电材料与nax1qpoy1形成的复合物与所述钠正极层状氧化物共同进行煅烧;
7.根据权利要求5或6所述的制备方法,其特征在于,所述钠正极层状氧化物的制备包括:将钠正极层状氧化物的氢氧化物形式的前驱体与第一钠盐进行烧结处理;或,将钠正极层状氧化物的氧化物形式的前驱体与第一钠盐进行烧结处理;
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述复合物的制备包括:将导电材料与nax1qpoy1反应;
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述nax1qpoy1的制备包括:将磷酸盐溶液与q盐以及第二钠盐混合反应;
10.一种钠离子电池,其特征在于,所述钠离子电池的制备原料中包括权利要求1-4任一项所述的钠离子电池正极材料。
