【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種正極材料、鈉離子電池及其制備方法和應用。
技術介紹
1、現有鈉離子層狀氧化物正極材料主要存在以下問題：1）相變復雜，且不可逆，循環性能差；2）空氣穩定性差。其中，穩定性問題主要是對h2o和co2敏感、易與電解液發生副反應等，進而影響所得電池的循環壽命、儲存以及運輸等。
2、目前，可通過采用多元金屬元素占據等效的原子位點，形成穩定的固溶體，各元素間的協同效應和“雞尾酒效應”使得正極材料具有高度的原子無序，大密度的邊緣錯位和豐富的氧空位，進而改善正極材料的結構穩定性與所得電池的循環性能。
3、例如專利申請cn118198350a，采用五種過渡金屬制備得到鈉離子層狀氧化物正極材料，意在提高材料的結構穩定性與所得電池的循環穩定性，但所得電池的循環穩定性仍較差。
4、因此，亟需一種穩定性良好且能有效改善所得電池循環性能的正極材料。
技術實現思路
1、為克服現有技術中所存在的如上缺陷，本專利技術提供了一種正極材料、鈉離子電池及其制備方法和應用。該正極材料具備優異的結構穩定性，用于鈉離子電池時，可明顯改善其循環性能。
2、為實現如上目的，本專利技術采用了如下技術方案。
3、本專利技術提供了一種正極材料的制備方法，其包括如下步驟：多元金屬氧化物與有機溶劑的混合溶液，干燥，制得所述正極材料；其中，
4、所述多元金屬氧化物中的金屬包括第一金屬和第二金屬；所述第一金屬為na，所述第二金屬選自ni、cu、mg、fe、
5、所述有機溶劑包括碳酸酯類有機溶劑。
6、本專利技術中，所述混合溶液在干燥過程中，通過粒子-溶劑界面處的自發氧化反應，在多元金屬氧化物的表面成膜，所得膜由還原的金屬陽離子和金屬-有機化合物組成，具備固體電解質界面（cei）膜的性能，也可稱人工cei膜。經研究發現，通過直接在正極材料表面成人工cei膜的方式，尤其是在具備高熵穩定性的多元金屬氧化物表面成膜時，所得正極材料用于鈉離子電池后，可顯著提高鈉離子電池的循環穩定性。
7、本專利技術中，所述碳酸酯類有機溶劑可指本領域常規的碳酸酯類有機溶劑，其包括碳酸酯類有機溶劑及其氟代物。
8、在一些實施方案中，所述碳酸酯類有機溶劑選自碳酸丙烯酯（pc）、碳酸乙烯酯（ec）、碳酸二甲酯（dmc）、碳酸甲基乙酯（emc）及其氟代物中的一種或多種。
9、在一些實施方案中，所述碳酸酯類有機溶劑為pc、ec、dmc和emc；所述pc、ec、dmc和emc的質量比較佳地為(0.5-1):(0.5-1):(0.5-1):(0.5-1)，更佳地為1:1:0.5:0.5。
10、在一些實施方案中，所述碳酸酯類有機溶劑為pc、氟代碳酸乙烯酯（fec）、ec、dmc和emc；所述pc、fec、ec、dmc和emc的質量比較佳地為(0.5-1):(0.5-1):(0.5-1):(0.5-1):(0.5-1)，更佳地為1:0.5:0.5:0.5:0.5。
11、在一些實施方案中，所述有機溶劑還包括烷酮類有機溶劑；所述烷酮類有機溶劑較佳地為n-甲基吡咯烷酮（nmp）。
12、在一些實施方案中，所述有機溶劑中，所述碳酸酯類有機溶劑和所述烷酮類有機溶劑的質量比為0.1:1-5:1，較佳地為3:1。
13、在一些優選實施方案中，所述有機溶劑為pc、ec、dmc、emc和nmp，所述pc、ec、dmc、emc和nmp的質量比較佳地為1:1:0.5:0.5:1。
14、在一些優選實施方案中，所述有機溶劑為pc、fec、ec、dmc、emc和nmp，所述pc、fec、ec、dmc、emc和nmp的質量比較佳地為1:0.5:0.5:0.5:0.5:1。
15、在一些優選實施方案中，以所述混合溶液的質量為基準，所述多元金屬氧化物的質量分數為20-30%，較佳地為25%。
16、在一些實施方案中，所述干燥的方式為噴霧干燥或烘箱干燥；較佳地為噴霧干燥。
17、在一些優選實施方案中，所述噴霧干燥的進風溫度為185℃，出風溫度為105℃。
18、在一些實施方案中，所述混合溶液的制備包括將所述多元金屬氧化物于所述有機溶劑中分散制得。
19、其中，所述分散較佳地為攪拌分散；所述攪拌分散的時間較佳地為12h。
20、在一些實施方案中，所述多元金屬氧化物中，所述第二金屬為ni、cu、mg、fe、co、mn和ti。
21、在一些優選實施方案中，所述多元金屬氧化物的化學通式為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、在一些具體實施方案中，所述多元金屬氧化物的化學通式為nani0.15cu0.15mg0.1fe0.1co0.1mn0.2ti0.2o2。
23、在一些實施方案中，所述多元金屬氧化物還包括f。陰離子部分采用f部分取代o，相比m–o鍵，m–f鍵強度更高，f部分取代o能提高對電解液腐蝕的抵抗力，顯著提升材料的結構和化學穩定性。
24、在一些優選實施方案中，所述多元金屬氧化物的化學通式為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、在一些具體實施方案中，所述多元金屬氧化物的化學通式為na0.98ni0.15cu0.15mg0.1fe0.1co0.1mn0.2ti0.2o1.98f0.02。
26、在一些具體實施方案中，所述多元金屬氧化物的化學通式為na0.95ni0.15cu0.15mg0.1fe0.1co0.1mn0.2ti0.2o1.95f0.05。
27、在一些具體實施方案中，所述多元金屬氧化物的化學通式為na0.9ni0.15cu0.15mg0.1fe0.1co0.1mn0.2ti0.2o1.9f0.1。
28、在一些實施方案中，所述多元金屬氧化物的制備方法為高溫固相法。
29、在一些優選實施方案中，所述多元金屬氧化物的制備方法包括如下步驟：
30、s1、第二金屬前驅體和溶劑a的混合溶液a，研磨，一次燒結；
31、s2、一次燒結所得產物、第一金屬前驅體和溶劑b的混合溶液b，研磨，干燥，二次燒結制得。
32、步驟s1中，所述第二金屬前驅體較佳地選自ni前驅體、cu前驅體、mg前驅體、fe前驅體、co前驅體、mn前驅體和ti前驅體中的至少五種，例如選自nio、cuo、mgo、fe2o3、co2o3、mno2和tio2中的至少五種。所述第二金屬前驅體的用量滿足所述本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種正極材料的制備方法，其特征在于，所述正極材料的制備方法包括如下步驟：多元金屬氧化物與有機溶劑的混合溶液，干燥，制得所述正極材料；其中，
2.如權利要求1所述正極材料的制備方法，其特征在于，所述碳酸酯類有機溶劑選自PC、EC、DMC、EMC及其氟代物中的一種或多種；
3.如權利要求1所述正極材料的制備方法，其特征在于，所述有機溶劑還包括烷酮類有機溶劑；所述烷酮類有機溶劑較佳地為N-甲基吡咯烷酮；
4.如權利要求1所述正極材料的制備方法，其特征在于，所述多元金屬氧化物中，所述第二金屬為Ni、Cu、Mg、Fe、Co、Mn和Ti；
5.如權利要求1所述正極材料的制備方法，其特征在于，所述干燥的方式為噴霧干燥或烘箱干燥；較佳地為噴霧干燥；
6.如權利要求5所述正極材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述第二金屬前驅體選自Ni前驅體、Cu前驅體、Mg前驅體、Fe前驅體、Co前驅體、Mn前驅體和Ti前驅體中的至少五種，例如選自NiO、CuO、MgO、Fe2O3、Co2O3、MnO2和TiO2中的至少五種；
7.
8.一種正極材料，其特征在于，所述正極材料由如權利要求1-7任一項所述正極材料的制備方法制得。
9.一種鈉離子電池，其特征在于，所述鈉離子電池的正極包含如權利要求8所述的正極材料。
10.一種如權利要求8所述的正極材料或如權利要求9所述的鈉離子電池在電化學領域中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種正極材料的制備方法，其特征在于，所述正極材料的制備方法包括如下步驟：多元金屬氧化物與有機溶劑的混合溶液，干燥，制得所述正極材料；其中，
2.如權利要求1所述正極材料的制備方法，其特征在于，所述碳酸酯類有機溶劑選自pc、ec、dmc、emc及其氟代物中的一種或多種；
3.如權利要求1所述正極材料的制備方法，其特征在于，所述有機溶劑還包括烷酮類有機溶劑；所述烷酮類有機溶劑較佳地為n-甲基吡咯烷酮；
4.如權利要求1所述正極材料的制備方法，其特征在于，所述多元金屬氧化物中，所述第二金屬為ni、cu、mg、fe、co、mn和ti；
5.如權利要求1所述正極材料的制備方法，其特征在于，所述干燥的方式為噴霧干燥或烘箱干燥；較佳地為噴霧干燥；
【專利技術屬性】
技術研發人員：李旺，蔡春蕾，鐘可君，黃晶鑫，
申請(專利權)人：上海杉杉新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：
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