一种P2O3双相复合结构的电池正极材料及其制备方法与应用与流程

本发明属于钠离子电池，尤其涉及一种p2/o3双相复合结构的电池正极材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、钠离子电池(sibs)因其钠资源丰富且分布均匀，在大规模储能领域被认为是锂离子电池(libs)的有前途的替代品。其中，层状过渡金属氧化物由于具有高比容量、成分灵活和合成方便等显著优势，已成为研究重点，如o3型和p2型层状氧化物。o3型材料钠含量充足，而具备较高的理论容量，但是，由于钠迁移能量势垒高和充放电过程中的复杂相变，通常表现出较差的倍率能力和快速的容量衰减。p2型材料可通过三角棱柱位点而具有快速的钠离子扩散通道，表现出更好的倍率性能，但是，其钠含量低，导致初始容量低，限制了其在全电池中的应用。并且，p2型材料和o3型材料在深度脱氧时都面临不可逆的相演化，导致高压循环稳定性较差。

2、目前，上述两种结构的材料因各自的缺点均无法满足市场对兼具高容量和高速率性能的sib正极材料的需求。虽然可以采用元素掺杂/取代、涂层和微观结构设计等策略对单相结构的层状材料进行改良，但是仍然很难完全克服单相结构的固有缺点。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种p2/o3双相复合结构的电池正极材料及其制备方法与应用，旨在解决现有p2型材料和o3型材料在深度脱氧时都面临不可逆的相演化、导致高压循环稳定性较差、无法满足市场对兼具高容量和高速率性能的sib正极材料的需求等问题。

2、为了达到上述目的，一方面，本发明实施例提供一种p2/o3双相复合结构的电池正极材料，包括如下按质量百分比计的组分：92％～96％活性物质、2％～4％导电剂和2％～4％粘接剂；所述活性物质为具有p2/o3双相复合结构的层状材料。

3、作为优选的实施方式，所述具有p2/o3双相复合结构的层状材料通过如下方法制备得到：

4、s01、将o3-nnmo、mn(ch3coo)2和ch3coona加入溶剂中，混合均匀，得到混合物；所述混合物的固含量为40％～60％；

5、s02、往步骤s01的混合物中加入草酸溶液，搅拌均匀，得到mx(c2o4)沉淀混合液；其中，m＝na和mn；

6、s03、将步骤s02的mx(c2o4)沉淀混合液干燥，得到颗粒物；将所述颗粒物置于氧气气氛中煅烧，得到具有p2/o3双相复合结构的层状材料(即p2-nmo包覆o3-nnmo的材料)。

7、作为优选的实施方式，步骤s01中，

8、所述o3-nnmo、所述mn(ch3coo)2和所述ch3coona的摩尔比例为1：(0.02～0.4)：(0.04～0.42)，优选为1：0.05：0.07；

9、所述溶剂为乙醇。

10、作为优选的实施方式，步骤s02中，

11、以所述mx(c2o4)沉淀混合液的质量为100％计，所述草酸溶液的质量百分比为10％～40％。

12、所述草酸溶液为0.2m草酸乙醇溶液。

13、所述搅拌的时间≥1h。

14、作为优选的实施方式，步骤s03中，

15、所述干燥为于120℃干燥10h。

16、所述煅烧的温度为700℃～900℃，所述煅烧的时间为14h～16h。

17、作为优选的实施方式，所述导电剂为纳米炭黑或微米石墨中的至少一种。

18、作为优选的实施方式，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯。

19、另一方面，本发明实施例还提供所述p2/o3双相复合结构的电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：将92％～96％活性物质、2％～4％导电剂和2％～4％粘接剂加入nmp溶剂中，混合均匀，得到p2/o3双相复合结构的电池正极材料；所述百分比为质量百分比。

20、以所述p2/o3双相复合结构的电池正极材料的质量为100％计，所述p2/o3双相复合结构的电池正极材料的固含量为52％～56％。

21、再一方面，本发明实施例还提供所述p2/o3双相复合结构的电池正极材料的应用，所述p2/o3双相复合结构的电池正极材料应用于钠离子电池中。

22、相对于现有技术，本申请方案具有如下技术效果：本发明通过在o3相材料外表包覆适量的p2相材料，能够有效解决单相的p2型和o3型材料不能兼具高容量与高倍率的不足。并且，p2-nmo外层可稳定钠离子扩散路径和结构转变，从而在na脱层/插层过程中实现高可逆性；且富含空位的p2-nmo界面具有低扩散势垒，促进了o3-nnmo核心层(即内层)与其表面之间的电荷转移，可有效改善循环过程的电化学动力学。相较于现有技术中的钠离子电池，采用本申请的p2/o3双相复合结构的电池正极材料应用于钠离子电池，具有更好的倍率能力、更高的能量密度和更长的循环寿命。本申请的制备方法简单易行、操作方便、成本较低、制备时间短，易于实现大规模的工业化生产。

技术特征：

1.一种p2/o3双相复合结构的电池正极材料，其特征在于，包括如下按质量百分比计的组分：92％～96％活性物质、2％～4％导电剂和2％～4％粘接剂；所述活性物质为具有p2/o3双相复合结构的层状材料。

2.根据权利要求1所述的p2/o3双相复合结构的电池正极材料，其特征在于，所述具有p2/o3双相复合结构的层状材料通过如下方法制备得到：

3.根据权利要求2所述的p2/o3双相复合结构的电池正极材料，其特征在于，步骤s01中，

4.根据权利要求2所述的p2/o3双相复合结构的电池正极材料，其特征在于，步骤s02中，以所述mx(c2o4)沉淀混合液的质量为100％计，所述草酸溶液的质量百分比为10％～40％。

5.根据权利要求4所述的p2/o3双相复合结构的电池正极材料，其特征在于，步骤s02中，所述草酸溶液为0.2m草酸乙醇溶液；

6.根据权利要求2所述的p2/o3双相复合结构的电池正极材料，其特征在于，步骤s03中，所述干燥为于120℃干燥10h；

7.根据权利要求1所述的p2/o3双相复合结构的电池正极材料，其特征在于，所述导电剂为纳米炭黑或微米石墨中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的p2/o3双相复合结构的电池正极材料，其特征在于，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯。

9.权利要求1至8任一项所述的p2/o3双相复合结构的电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将92％～96％活性物质、2％～4％导电剂和2％～4％粘接剂加入nmp溶剂中，混合均匀，得到p2/o3双相复合结构的电池正极材料；所述百分比为质量百分比；

10.权利要求1至8任一项所述的p2/o3双相复合结构的电池正极材料的应用，其特征在于，所述p2/o3双相复合结构的电池正极材料应用于钠离子电池中。

技术总结
本发明提供一种P2/O3双相复合结构的电池正极材料，包括如下按质量百分比计的组分：92％～96％活性物质、2％～4％导电剂和2％～4％粘接剂；所述活性物质为具有P2/O3双相复合结构的层状材料。本申请还提供所述P2/O3双相复合结构的电池正极材料的制备方法及其应用。本发明通过在O3相材料外表包覆适量的P2相材料，能够有效解决单相的P2型和O3型材料不能兼具高容量与高倍率的不足。采用本申请的P2/O3双相复合结构的电池正极材料应用于钠离子电池，具有更好的倍率能力、更高的能量密度和更长的循环寿命。本申请的制备方法简单易行、操作方便、成本较低、制备时间短，易于实现大规模的工业化生产。

技术研发人员：徐玉婷,何攀,吴福钧
受保护的技术使用者：深圳市雄韬电源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23