多策略改性的钴掺杂包覆型单晶层状氧化物钠离子电池正极材料.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115881920A(43)申请公布日2023.03.31(21)申请号202211684113.9H01M4/38(2006.01)(22)申请日2022.12.27H01M4/131(2010.01)H01M10/054(2010.01)(66)本国优先权数据202211599741.72022.12.14CN(71)申请人中国科学技术大学地址230026安徽省合肥市包河区金寨路96号(72)发明人章根强王丰余来万广林(74)专利代理机构安徽省合肥新安专利代理有限责任公司34101专利代理师卢敏(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/525(2010.01)H01M4/505(2010.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称多策略改性的钴掺杂包覆型单晶层状氧化物钠离子电池正极材料(57)摘要本发明提供了多策略改性的钴掺杂包覆型单晶层状氧化物钠离子电池正极材料，正极材料为单晶形貌，具有包覆型O3结构，其化学式为NaNi1/3Fe(1/3‑x)CoxMn1/3O2，其中0＜x＜1/3。与经典的NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2正极材料相比，本发明提供的正极材料表面缺陷少、加工性能好、结构致密且稳定、可支持高电压充电、循环性能和功率性能更加优异；此外，本发明采用多种材料改性策略，且各改性策略间互为补充、互相协同，可以实现优缺点互补，因此该正极材料性能更加均衡，综合性能更加优异，极具商业化应用前景。CN115881920ACN115881920A权利要求书1/2页1.多策略改性的钴掺杂包覆型单晶层状氧化物钠离子电池正极材料，其特征在于：所述正极材料为单晶形貌，具有包覆型O3结构，其化学式为NaNi1/3Fe(1/3‑x)CoxMn1/3O2，其中0＜x＜1/3。2.一种权利要求1所述多策略改性的钴掺杂包覆型单晶层状氧化物钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：采用溶胶‑凝胶法或共沉淀法制备前驱体，然后依次结合助熔剂和包覆材料进行两次高温烧结，从而获得钴掺杂包覆型单晶层状氧化物钠离子电池正极材料。3.根据权利要求2所述的钴掺杂包覆型单晶层状氧化物钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，按照方法一或方法二进行；方法一：步骤11、采用溶胶‑凝胶法制备前驱体按照化学式中的摩尔比，将钠源化合物、镍源化合物、铁源化合物、锰源化合物和钴源化合物溶解于去离子水和乙醇的混合溶液中，形成溶液A；将草酸或柠檬酸另溶于去离子水和乙醇的混合液中，形成溶液B；随后将溶液B缓慢倒入溶液A中，室温搅拌，得到混合悬浊液；将所述混合悬浊液先加热干燥至凝胶态，随后再加热至溶剂完全挥发，研磨，获得前驱体粉末；步骤12、将前驱体体粉末与助熔剂研磨混合均匀，然后进行第一次高温焙烧，产物研磨后获得未包覆型单晶材料；步骤13、将所述未包覆型单晶材料与包覆材料固相混合后，进行第二次高温焙烧，产物研磨并分级后即得到钴掺杂包覆型单晶层状氧化物钠离子电池正极材料；方法二：步骤21、采用共沉淀法制备前驱体分别配制硫酸镍溶液、硫酸铁溶液、硫酸锰溶液和硫酸钴溶液，同时配制氢氧化钠溶液和氨水溶液；按照化学式中的摩尔比，将硫酸镍溶液、硫酸铁溶液、硫酸锰溶液和硫酸钴溶液混合，获得混合金属盐溶液；将混合金属盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液泵入到合成反应釜中，进行反应；待反应完成后对共沉淀物进行过滤、洗涤和干燥，获得Ni1/3Fe(1/3‑x)CoxMn1/3(OH)2前驱体粉末；步骤22、将前驱体粉末与钠源化合物、助熔剂研磨混合均匀，然后进行第一次高温焙烧，产物研磨后获得未包覆型单晶材料；步骤23、将所述未包覆型单晶材料与包覆材料固相混合后，进行第二次高温焙烧，产物研磨并分级后即得到钴掺杂包覆型单晶层状氧化物钠离子电池正极材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述钠源化合物为碳酸钠、氢氧化钠、醋酸钠、硝酸钠、草酸钠和柠檬酸钠中的一种或多种；所述镍源化合物为醋酸镍、硝酸镍、草酸镍、硫酸镍和氯化镍中的一种或多种；所述铁源化合物为草酸铁、硝酸铁、氯化铁、醋酸铁和硫酸铁中的一种或多种；所述钴源化合物为硫酸钴、草酸钴、碳酸钴、醋酸钴中的一种或多种；所述锰源化合物选自醋酸锰、硝酸锰、草酸锰、硫酸锰和氯化锰中的一种或多种。2CN115881920A权利要求书2/2页5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤12或22中，所述助熔剂为碳酸锶、氧化锶和氧化硼中的至少一种，所述助熔剂的添加量为所述前驱体体粉末质量的100～5000ppm。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤12或22中，所述第一次高温焙烧是在空气或氧气氛围下，以2～10℃的升温速率升温至700～1050℃