本发明属于钠离子电池的,具体涉及一种钠离子电池阴极材料、制备方法及应用。
背景技术:
1、随着锂离子电池在新能源领域被广泛地应用,锂的需求量激增,锂资源难以满足市场需求。由于钠元素在地壳中的储备远大于锂且钠资源分布广泛,成本低廉,同时钠和锂属于统一主族,在电池工作过程中均表现出相似的“摇椅式”电化学行为,这促进了钠离子电池在新能源储能方面的应用。阴极材料、阳极材料、隔膜、电解液是钠离子电池的重要组成部分,其中阴极材料很大程度上决定了电池的电化学性能和成本。
2、极具代表性的钠离子电池阴极材料有层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝类似物等。其中普鲁士蓝类阴极材料成本低廉、易于生产、安全性高,但同时普鲁士蓝类阴极材料电导率较低且热稳定性较差,在制备的过程中还会出现大量配位水,使材料电化学性能下降。
3、层状过渡金属氧化物表现出更高的比容量,稳定的层状结构有利于钠离子可逆地嵌入和脱出,因此是目前钠离子电池阴极材料的研究热点之一。根据na+在过渡金属层间的排列方式将层状氧化物分为p相和o相,p相na+占据夹层间三棱柱位置,o相na+占据夹层间八面体位置。p相钠离子在较宽的三棱柱传输通道直接传输,扩散较为容易,循环稳定性较好,但初始容量相对较低;o相初始容量较高但钠离子扩散路径需要经历高能量态的四面体中间态,循环性能就差,两者在实际应用过程中各有优势,因此,结合p相和o相的优势研究一种电化学性能更好的钠离子电池阴极材料对于本领域具有重要的意义。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足,本发明提出一种钠离子电池阴极材料、制备方法及应用。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
3、一种钠离子电池阴极材料,所述钠离子电池阴极材料的化学式为naxmnym1-yo2,其中,0.65≤x≤0.85,0<y≤0.9,m为ti、v、cr、fe、co、ni、cu、zn中的至少一种。
4、优选地,所述钠离子电池阴极材料为p2/o3型复合相结构,且p2/o3型复合相结构中的o、p堆垛在长程方向是无序的。
5、一种钠离子电池阴极材料的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
6、s1、将钠盐、锰源、m源混合球磨,得到前驱体混合物;
7、s2、将步骤s1中得到的前驱体混合物在空气中煅烧,反应结束后,将其置于氮气气氛下加热后得到产物;
8、s3、将步骤s2中得到的产物球磨、过筛后即可得到钠离子电池阴极材料。
9、优选地,所述钠盐选自碳酸钠、碳酸氢钠、硝酸钠、乙酸钠中的至少一种。
10、优选地,所述锰源选自二氧化锰、乙酸锰、碳酸锰、硝酸锰中的至少一种;
11、优选地,所述m为ti、v、cr、fe、co、ni、cu、zn中的一种;所述m源选自氧化物、乙酸盐、碳酸盐、硝酸盐中至少一种。
12、优选地,步骤s2中前驱体混合物的煅烧温度为750~950℃,煅烧时间为12~24h。
13、优选地,步骤s2中氮气气氛下的加热温度为300~500℃,加热时间为2~5h。
14、优选地,步骤s2中所述的球磨时间为2~10h;过筛时的筛孔孔径为:200目。
15、上述所述的一种钠离子电池阴极材料用于制作电机阴极在可再充电钠电池中的应用。
16、本发明的有益效果:
17、1、本发明提供的钠离子电池阴极材料,通过控制钠含量和煅烧温度生成p2/o3复合相结构,且p2/o3型复合相结构中的o、p堆垛在长程方向是无序的,具有抑制不可逆相变等优点。
18、2、本发明提供的钠离子电池阴极材料的制备方法,氮气气氛下加热可一定程度上消除材料内部残余应力,减少变形和裂纹倾向,减少缺陷。
19、3、本发明提供的钠离子电池阴极材料的制备方法,工艺步骤简单,原料丰富,易于实现,适宜规模化生产应用,该方法制备出的naxmnym1-yo2电极材料的容量、循环稳定性等电化学性能均显示出优良的性能。
1.一种钠离子电池阴极材料,其特征在于,所述钠离子电池阴极材料的化学式为naxmnym1-yo2,其中,0.65≤x≤0.85,0<y≤0.9,m为ti、v、cr、fe、co、ni、cu、zn中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池阴极材料,其特征在于,所述钠离子电池阴极材料为p2/o3型复合相结构,且p2/o3型复合相结构中的o、p堆垛在长程方向是无序的。
3.一种钠离子电池阴极材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
4.根据权利要求3所述的一种钠离子电池阴极材料的制备方,其特征在于,所述钠盐、锰源、m源的摩尔比为(0.65~0.85):(0~0.9):(0~0.9)。
5.根据权利要求3所述的一种钠离子电池阴极材料的制备方法,其特征在于,所述钠盐选自碳酸钠、碳酸氢钠、硝酸钠、乙酸钠中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的一种钠离子电池阴极材料的制备方法,其特征在于,所述锰源选自二氧化锰、乙酸锰、碳酸锰、硝酸锰中的至少一种。
7.根据权利要求3所述的一种钠离子电池阴极材料的制备方法,其特征在于,所述m为ti、v、cr、fe、co、ni、cu、zn中的至少一种;所述m源选自氧化物、乙酸盐、碳酸盐、硝酸盐中至少一种。
8.根据权利要求3所述的一种钠离子电池阴极材料的制备方法,其特征在于,步骤s2中前驱体混合物的煅烧温度为750~950℃,煅烧时间为12~24h;氮气气氛下的加热温度为300~500℃,加热时间为2~5h。
9.根据权利要求3所述的一种钠离子电池阴极材料的制备方法,其特征在于,步骤s3中所述的球磨时间为2~10h;过筛时的筛孔孔径为:200目。
10.如权利要求1-2任一所述的一种钠离子电池阴极材料能够用于制作钠离子电池阴极在可充电钠电池中进行应用。
