一种氧化物及其制备方法和应用

本发明涉及一种氧化物及其制备方法和应用，属于钠离子电池领域。

背景技术：

1、随着中国能源产业的不断发展，我国能源结构和质量都在不断提升，能源需求也从传统的煤炭等不可再生能源转向更加环保的清洁能源。能源发展新阶段的多样，多元、安全低碳的特点引领着世界能源的发展。电池作为符合上述特点的方便式储能设备，其发展规模也在不断扩大。在种类繁多的储能设备中，以锂离子电池为代表的储能设备，目前已被广泛研究并应用于各种电子设备。但是，随着对锂资源的需求日益增加，导致锂电池成本不断增加，这限制了锂电池未来的发展。与锂离子电池相比，由于钠在自然界中的储量非常丰富，且具有和锂相似的物理化学性质，这让钠离子电池可能成为替代锂离子电池的下一代能源存储设备。

2、钠离子具有更大的离子半径，相比于锂离子来说其迁移速度较慢。钠离子电池由正负极材料、隔膜、电解液等构成，其中，正极材料的性能对于钠离子电池的安全问题、功率密度和能量密度都起到了关键性的作用。直到现在，正极材料的性能仍然是限制钠离子电池技术的发展关键技术。为了推进钠离子电池的大规模应用，开发高比容量正极材料是当前重要的研究方向。naxmno2正极材料，具有高比容量、成本低、无毒等优点，是一种较为理想的钠离子电池正极材料。但是，锰酸钠正极材料稳定性较差，使得其容量发挥和倍率性能均较差。所以，为了更好推进锰酸钠在钠离子电池正极的应用，需要对其进行优化再处理。

技术实现思路

1、根据本申请的一个方面，提供一种氧化物，所述氧化物的化学式为na0.7fexmn1-xo2-yfy；

2、所述x为0.01～0.4；

3、所述y为0.01～0.4；

4、所述氧化物为层状。

5、根据本申请的另一个方面，提供一种上述的氧化物的制备方法，

6、包括以下步骤：

7、1)将含有钠源和锰源的原料混合，球磨i，煅烧i，得到中间产物；

8、2)将1)中得到的所述中间产物与铁源和氟源混合，球磨ii，煅烧ii，得到所述氧化物。

9、所述钠源选自碳酸氢钠、碳酸钠或硝酸钠中的至少一种。

10、所述锰源选自二氧化锰、三氧化二锰或四氧化三锰中的至少一种。

11、可选地，所述钠源与所述锰源的摩尔比为1：0.8～1.2。

12、其中，所述钠源的摩尔量以其中的钠元素的摩尔量计；

13、所述锰源的摩尔量以其中的锰元素的摩尔量计。

14、可选地，所述钠源与所述锰源的摩尔比为1：0.8、1：0.9、1：1.0、1：1.1、1：1.2。

15、所述球磨i的转速为200～800rpm。

16、可选地，所述球磨i的转速为200rpm、300rpm、400rpm、500rpm、600rpm、700rpm、800rpm中的任意值或任意两者之间的范围值。

17、所述球磨i的时间为6～12h。

18、可选地，所述球磨i的时间为6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h中的任意值或任意两者之间的范围值。

19、所述煅烧i的温度为500～1000℃。

20、可选地，所述煅烧i的温度为500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃中的任意值或任意两者之间的范围值。

21、所述煅烧i的时间为4～12h。

22、可选地，所述煅烧i的时间为4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h中的任意值或任意两者之间的范围值。

23、所述铁源选自七水合硫酸亚铁、三氯化铁或乙酰丙酮铁中的至少一种；

24、所述氟源选自氟化钠、氟化铵或氢氟化铵中的至少一种。

25、可选地，所述铁源与所述氟源的摩尔比为0.8～1：1～1.8。

26、可选地，所述铁源与所述氟源的摩尔比为0.8：1、0.8：1.2、0.8:1.4、0.8:1.6、0.8:1.8、0.9：1、0.9：1.2、0.9:1.4、0.9:1.6、0.9:1.8、1：1、1：1.2、1:1.4、1:1.6、1:1.8。

27、其中，所述铁源的摩尔量以其中的铁元素的摩尔数计；

28、所述氟源的摩尔量以其中的氟元素的摩尔数计。

29、可选地，所述中间产物与所述铁源的摩尔比为1：0.1～0.4。

30、可选地，所述中间产物与所述铁源的摩尔比为1：0.1、1：0.2、1：0.3、1：0.4。

31、所述球磨ii的转速为200～800rpm。

32、可选地，所述球磨ii的转速为200rpm、300rpm、400rpm、500rpm、600rpm、700rpm、800rpm中的任意值或任意两者之间的范围值。

33、所述球磨ii的时间为6～12h。

34、可选地，所述球磨ii的时间为6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h中的任意值或任意两者之间的范围值。

35、所述煅烧ii的温度为600～1000℃。

36、可选地，所述煅烧ii的温度为600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃中的任意值或任意两者之间的范围值。

37、所述煅烧ii的时间为12～24h。

38、可选地，所述煅烧ii的时间为12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h、20h、21h、22h、23h、24h中的任意值或任意两者之间的范围值。

39、进一步地，包括以下步骤：

40、a)将含有钠源、锰源的化合物充分球磨，均匀混合，得到粉末；

41、b)将所述粉末煅烧得到锰酸钠；

42、c)将所述粉末研磨后，掺入含有铁源、氟源的化合物，煅烧，得到所述氧化物。

43、根据本申请的另一个方面，提供一种正极材料，所述正极材料中含有上述的氧化物或上述的制备方法制备的氧化物。

44、根据本申请的另一个方面，提供一种上述的正极材料在钠离子电池中的应用。

45、本申请能产生的有益效果包括：

46、本申请所提供的制备方法简单，原料组成简单，制备的na0.7fexmn1-xo2-yfy，具有优异的循环性能及倍率性能。

47、本申请的na0.7fexmn1-xo2-yfy的制备方法，成本低，具有很好的经济效益，利于工业化应用，易于规模化生产，在钠离子电池中具有很好的应用前景。

技术特征：

1.一种氧化物，其特征在于，

2.一种权利要求1所述的氧化物的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

7.一种正极材料，其特征在于，

8.一种权利要求7所述的正极材料在钠离子电池中的应用。

技术总结
本申请公开了一种氧化物及其制备方法和应用，所述氧化物的化学式为Na0.7FeXMn1‑XO2‑YFY；所述X为0.1；所述Y为0.1；所述氧化物为层状。该材料的制备工艺简单，原料组成精简，适合大批量生产。同时，该层状金属氧化物材料应用于钠离子电池正极中，可以表现出优异的倍率性和良好的稳定性。

技术研发人员：吴忠帅,郭丹丹
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4