CN114171732A - 一种铜锰有序高电压铜基氧化物材料和应用 - Google Patents

一种铜锰有序高电压铜基氧化物材料和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜锰有序高电压铜基氧化物材料和应用，材料的化学通式为Naa[CubMncMed]O2+β；其中Cu的价态为+2，Me为L i、Na、Mg、Ca、S i、P、S、Sc、T i、V、Cr、Fe、Co、N i、Zn、Ga、Ge、Se、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、I n、Sn、Sb、Te、La、Ta、I r、B i中的一种或多种元素，Mn和Me的平均化合价为α；+2≤α≤+4；a、b、c、d、β之间的关系满足b+c+d＝1，且a+2b+α(c+d)＝2×(2+β)；其中0.5≤a≤2.0；0＜b≤1.0；0＜c＜1.0；0≤d＜1.0；‑0.02≤β≤0.02；过渡金属层中，锰离子包围铜离子呈蜂窝状有序排布，用以降低+2价铜离子带来的晶格扭曲，并使得首周充电时，铜离子失去电子，价态从+2价完全的向+3价转变；首周放电时，再重新得到电子变回+2价。

Description

一种铜锰有序高电压铜基氧化物材料和应用
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种铜锰有序高电压铜基氧化物材料。
背景技术
锂离子电池已经广泛应用于生活和生产中，涉及移动电子、电动汽车、家庭储能等诸多领域。锂在地壳储量十分有限且分布极度不均，近些年随着全世界对锂离子电池的需求的持续加大，已经成为全世界的关注和争夺的焦点，而我国80％锂资源依赖进口，是全球第一大锂资源进口国。除此之外，与锂离子电池相关的原材料(主要包括镍、钴等金属化合物)也日益紧缺。资源问题严重限制了我国电动汽车和储能电站的发展：寻找锂离子电池的替代或补充储能技术，势在必行。
钠离子电池是一种潜力巨大的二次电池技术，其工作原理与锂离子电池相似，近十年国内外研究成果呈现井喷式增长。钠资源储量丰富且全球范围内分布广泛，具有突出的低成本优势。目前钠离子电池电极材料体系已经基本成型，正极材料包括层状氧化物、隧道结构氧化物、聚阴离子化合物等类型，负极材料包括硬碳、软碳、合金、有机等类型。全球从事钠离子电池产业化的公司也已达到了二十家以上，生产的钠离子电池已经在低速电动汽车和储能电站成功实现示范应用，表现出迅猛的发展势头。根据初步成本估算，使用铜基氧化物/无烟煤基碳的钠离子单体电芯的能量密度(100-150Wh/kg)已接近锂离子电池磷酸铁锂/石墨体系(120-180Wh/kg)，单位能量原材料成本也具有明显优势(可降低约30％)。提升电池能量密度是降低成本的有效手段，但钠离子电池的能量密度的进一步提升遇到了瓶颈，这主要是由于正极材料的工作电压和比容量难以实现突破。目前大部分钠离子电池正极材料的平均工作电压仅在3V左右，远远低于三元锂离子电池正极的3.7V，这极大地限制了钠离子电池的工作场景。
发明内容
本发明提供了一种铜锰有序高电压铜基氧化物材料和应用。本发明主要基于铜氧化还原反应、铜锰有序的正极材料结构，使得材料具有较高的工作电压——对金属钠可达3.5V以上，以及较高的能量密度。
第一方面，本发明公开了一种铜锰有序高电压铜基氧化物材料，所述材料的化学通式为：Naa[CubMncMed]O2+β；其中Cu的价态为+2，Me为Li、Na、Mg、Ca、Si、P、S、Sc、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Ge、Se、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、La、Ta、Ir、Bi中的一种或多种元素，Mn和Me的平均化合价为α；+2≤α≤+4；a、b、c、d、β分别为对应元素所占的摩尔百分比；它们之间的关系满足b+c+d＝1，且a+2b+α(c+d)＝2×(2+β)；其中0.5≤a≤2.0；0＜b≤1.0；0＜c＜1.0；0≤d＜1.0；-0.02≤β≤0.02；
过渡金属层中，锰离子包围铜离子呈蜂窝状有序排布，用以降低+2价铜离子带来的晶格扭曲，并使得首周充电时，铜离子失去电子，价态从+2价完全的向+3价转变；首周放电时，再重新得到电子变回+2价。
优选的，所述铜锰有序高电压铜基氧化物材料相对金属钠的平均工作电压在3.5V以上。
优选的，所述平均工作电压为：10mA/g电流密度下，放电能量与放电容量倒数的乘积。
第三方面，本发明实施例提供了一种钠离子二次电池的正极极片，所述正极极片包括：
集流体、涂覆于所述集流体之上的导电添加剂和粘结剂，和如上述第一方面所述的铜锰有序高电压铜基氧化物材料。
第四方面，本发明实施例提供了一种包括上述第三方面所述的正极极片的钠离子二次电池。
优选的，所述钠离子二次电池用于太阳能发电、风力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源或通信基站的大规模储能设备。
本发明提供的铜锰有序高电压铜基氧化物材料，制备简单，所含有的元素钠、铜、锰都是无毒安全的元素。材料中，铜的氧化还原电对本身具有较高的电压。过渡金属层中，锰离子包围铜离子呈蜂窝状有序排布，，这种六边形对称有序排布可以有效降低+2价铜离子带来的强晶格扭曲，从而实现完全的+2价铜离子向+3价转变，并且通过超交换作用进一步提高铜离子的氧化还原电位。通过上述两方面可以有效提升材料的整体工作电压，进而提升材料的比能量。在金属钠半电池测试中发现，铜的氧化还原反应的工作电位可达3.5V以上，已与锂离子电池相当，且具有极佳的循环稳定性，具有很大实用价值。应用本发明的铜锰有序高电压铜基氧化物材料的钠离子二次电池可以用于太阳能发电、风力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源或通信基站的大规模储能设备。
附图说明
下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步详细描述。
图1为本发明实施例的铜离子和锰离子呈六边形蜂窝有序排布的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的不同元素摩尔百分比的多个氧化物材料的X射线衍射(XRD)图谱；
图3为本发明实施例1的球差校正透射电子显微镜图片；
图4为本发明实施例1提供的钠离子电池在2.5-4.1V充放电曲线图；
图5为本发明实施例2提供的钠离子电池在2.5-4.2V充放电曲线图；
图6为本发明实施例3提供的钠离子电池在2.5-4.2V充放电曲线图；
图7为本发明实施例4提供的钠离子电池在2.5-4.2V充放电曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明，但并不意于限制本发明的保护范围。
本发明实施例提出了铜锰有序高电压铜基氧化物材料，材料的化学通式为Naa[CubMncMed]O2+β；
其中，Cu的价态为+2，Me为Li、Na、Mg、Ca、Si、P、S、Sc、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Ge、Se、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、La、Ta、Ir、Bi中的一种或多种元素，Mn和Me的平均化合价为α；a、b、c、d、β之间的关系满足b+c+d＝1，且a+2b+α(c+d)＝2×(2+β)；其中0.5≤a≤2.0；0＜b≤1.0；0＜c＜1.0；0≤d＜1.0；+2≤α≤+4；-0.02≤β≤0.02；过渡金属层中，锰离子包围铜离子呈蜂窝状有序排布，，具体结构如图1所示，其中白色圆形所示为铜，黑色圆形所示为锰。这种六边形对称有序排布可以有效降低+2价铜离子带来的姜-泰勒效应的晶格扭曲，从而实现完全的+2价铜离子向+3价转变；除此之外还可以显著提高材料的结构稳定性；并且通过超交换作用进一步提高铜离子的氧化还原电位。以上两种机理可以有效提升材料的整体工作电压，材料的循环稳定性，提升材料的比能量。
在首周充电时，铜离子失去电子，价态从+2价完全的向+3价转变；首周放电时，再重新得到电子变回+2价。
在金属钠半电池测试中发现，铜的氧化还原反应的工作电位可达3.5V以上，已与锂离子电池相当，且具有极佳的循环稳定性，具有很大实用价值。基于本发明的铜锰有序高电压铜基氧化物材料的钠离子二次电池可以用于太阳能发电、风力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源或通信基站的大规模储能设备。
实施例1
本实施例中采用固相法制备高电压铜基氧化物材料：
将Na2CO3(分析纯)、CuO(分析纯)、MnO2(分析纯)按所需化学计量比混合；在玛瑙研钵中研磨半小时，得到前驱体；将前驱体压片后转移到Al2O3坩埚内，在马弗炉中900℃下处理15小时，得到黑色粉末的层状氧化物材料Na2/3Cu1/3Mn2/3O2，其X射线衍射图谱参见图2，从X射线衍射图图谱上看，Na2/3Cu1/3Mn2/3O2的晶体结构为P2相层状结构的氧化物。图3所示的球差校正透射电子显微镜拍摄到了在(100)晶向存在的铜、锰蜂窝状有序结构，其中白色圆形所示为铜，黑色圆形所示为锰，并且与图中所示的理论模拟结果高度吻合。
将上述制备得到的铜基层状氧化物材料作为电池正极材料的活性物质用于钠离子电池的制备，具体步骤为：将制备好的Na2/3Cu1/3Mn2/3O2粉末与乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按照80:10:10的质量比混合，加入适量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液，在常温干燥的环境中研磨形成浆料，然后把浆料均匀涂覆于集流体铝箔上，并在红外灯下干燥后，裁成(8×8)mm2的极片。极片在真空条件下，110℃干燥10小时，随即转移到手套箱备用。
模拟电池的装配在Ar气氛的手套箱内进行，以金属钠作为对电极，以NaClO4/(碳酸乙烯酯(EC)：碳酸丙烯酯(PC)＝1:1)溶液作为电解液，装配成CR2032扣式电池。使用恒流充放电模式，在10mA/g电流密度下进行充放电测试。在放电截至电压为2.5V，充电截至电压为4.1V的条件下，测试结果见图4。可以看出，其首周放电比容量可达83mAh/g，平均工作电压3.71V，超过了绝大多数层状氧化物正极。
实施例2
本实施例中采用固相法制备铜基层状氧化物材料。
具体制备步骤同实施例2，但所用前驱体化合物Na2CO3(分析纯)、CuO(分析纯)、MnO2(分析纯)、TiO2(分析纯)的化学计量与实施例1中不同，热处理条件为900℃、15小时，得到黑色粉末的层状氧化物材料为Na2/3Cu1/3Mn5/9Ti1/9O2，其X射线衍射图图谱参见图2，从X射线衍射图图谱上看，Na2/3Cu1/3Mn5/9Ti1/9O2的晶体结构为P2相层状结构的氧化物。
将上述制备得到的铜基层状氧化物材料作为电池正极材料的活性物质用于钠离子电池的制备，并进行电化学充放电测试。其制备过程和测试方法同实施例1。测试电压范围为2.5V-4.2V，测试结果见图5。可以看出，其首周放电比容量可达69mAh/g，平均工作电压3.70V。
实施例3
本实施例中采用固相法制备铜基层状氧化物材料。
实施例的具体制备步骤同实施例1，但所用前驱体化合物Na2CO3(分析纯)、CuO(分析纯)、MnO2(分析纯)、TiO2(分析纯)的化学计量与实施例1中不同，热处理条件为900℃、15小时，得到黑色粉末的层状氧化物材料为Na2/3Cu1/3Mn4/9Ti2/9O2，其X射线衍射图图谱参见图2，从X射线衍射图图谱上看，Na2/3Cu1/3Mn4/9Ti2/9O2的晶体结构为P2相层状结构的氧化物。
将上述制备得到的层状氧化物材料作为电池正极材料的活性物质用于钠离子电池的制备，并进行电化学充放电测试。其制备过程和测试方法同实施例1。测试电压范围为2.5V-4.2V，测试结果见图1。可以看出，其首周放电比容量可达69mAh/g，平均工作电压3.68V。
实施例4
本实施例中采用固相法制备铜基层状氧化物材料。
实施例的具体制备步骤同实施例1，但所用前驱体化合物Na2CO3(分析纯)、CuO(分析纯)、MnO2(分析纯)的化学计量与实施例1中不同，热处理条件为700℃、15小时，得到黑色粉末的层状氧化物材料为Na2/3Cu1/3Mn2/3O2，其X射线衍射图图谱参见图2，从X射线衍射图图谱上看，Na2/3Cu1/3Mn2/3O2的晶体结构为P3相层状结构的氧化物。
将上述制备得到的层状氧化物材料作为电池正极材料的活性物质用于钠离子电池的制备，并进行电化学充放电测试。其制备过程和测试方法同实施例1。测试电压范围为2.5V-4.2V，测试结果见图7。可以看出，其首周放电比容量可达80mAh/g，平均工作电压3.69V。
实施例5
本实施例中采用固相法制备铜基层状氧化物材料。
实施例的具体制备步骤同实施例1，但所用前驱体化合物Na2CO3(分析纯)、CuO(分析纯)、MnO2(分析纯)、Fe2O3(分析纯)的化学计量与实施例1中不同，得到黑色粉末的层状氧化物材料为Na2/3Cu0.23Fe0.10Mn0.67O2。
实施例6
本实施例中采用固相法制备铜基层状氧化物材料。
实施例的具体制备步骤同实施例1，但所用前驱体化合物Na2CO3(分析纯)、CuO(分析纯)、MnO2(分析纯)、MgO(分析纯)的化学计量与实施例1中不同，得到黑色粉末的层状氧化物材料为Na2/3Cu0.30Mg0.03Mn0.67O2。
实施例7
本实施例中采用固相法制备铜基层状氧化物材料。
实施例的具体制备步骤同实施例1，但所用前驱体化合物Na2CO3(分析纯)、CuO(分析纯)、MnO2(分析纯)、NiO(分析纯)的化学计量与实施例1中不同，得到黑色粉末的层状氧化物材料为Na2/3Cu0.2Ni0.13Mn0.67O2。
实施例8
本实施例中采用固相法制备铜基层状氧化物材料。
实施例的具体制备步骤同实施例1，但所用前驱体化合物Na2CO3(分析纯)、CuO(分析纯)、MnO2(分析纯)、Cr2O3(分析纯)的化学计量与实施例1中不同，得到黑色粉末的层状氧化物材料为Na2/3Cu0.30Cr0.03Mn0.67O2。
实施例9
本实施例中采用固相法制备铜基层状氧化物材料。
实施例的具体制备步骤同实施例1，但所用前驱体化合物Na2CO3(分析纯)、CuO(分析纯)、MnO2(分析纯)、SnO2(分析纯)的化学计量与实施例1中不同，得到黑色粉末的层状氧化物材料为Na2/3Cu0.33Sn0.07Mn0.60O2。
实施例10
本实施例中采用固相法制备铜基层状氧化物材料。
实施例的具体制备步骤同实施例1，但所用前驱体化合物Na2CO3(分析纯)、CuO(分析纯)、MnO2(分析纯)、Sb2O5(分析纯)的化学计量与实施例1中不同，得到黑色粉末的层状氧化物材料为Na2/3Cu0.33Sb0.03Mn0.64O2。
本发明提供了一种铜锰有序高电压铜基氧化物材料。制备简单，所含有的元素钠、铜、锰都是无毒安全的元素。材料中，铜的氧化还原电对本身具有较高的电压。过渡金属层铜离子和锰离子为蜂窝状有序排布，这种六边形对称有序排布可以有效降低+2价铜离子带来的强晶格扭曲，从而实现完全的+2价铜离子向+3价转变，并且通过超交换作用进一步提高铜离子的氧化还原电位。通过上述两方面可以有效提升材料的整体工作电压，进而提升材料的比能量。在金属钠半电池测试中发现，铜的氧化还原反应的工作电位可达3.5V以上，已与锂离子电池相当，且具有极佳的循环稳定性，具有很大实用价值。应用本发明的铜锰有序高电压铜基氧化物材料的钠离子二次电池可以用于太阳能发电、风力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源或通信基站的大规模储能设备。

Claims (6)

1.一种铜锰有序高电压铜基氧化物材料，其特征在于，所述材料的化学通式为：Naa[CubMncMed]O2+β；其中Cu的价态为+2，Me为Li、Na、Mg、Ca、Si、P、S、Sc、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Ge、Se、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、La、Ta、Ir、Bi中的一种或多种元素，Mn和Me的平均化合价为α；+2≤α≤+4；a、b、c、d、β分别为对应元素所占的摩尔百分比；它们之间的关系满足b+c+d＝1，且a+2b+α(c+d)＝2×(2+β)；其中0.5≤a≤2.0；0＜b≤1.0；0＜c＜1.0；0≤d＜1.0；-0.02≤β≤0.02；
过渡金属层中，锰离子包围铜离子呈蜂窝状有序排布，用以降低+2价铜离子带来的晶格扭曲，并使得首周充电时，铜离子失去电子，价态从+2价完全的向+3价转变；首周放电时，再重新得到电子变回+2价。
2.根据权利要求1所述的铜锰有序高电压铜基氧化物材料，其特征在于，所述铜锰有序高电压铜基氧化物材料相对金属钠的平均工作电压在3.5V以上。
3.根据权利要求1所述的铜锰有序高电压铜基氧化物材料，其特征在于，所述平均工作电压为：10mA/g电流密度下，放电能量与放电容量倒数的乘积。
4.一种钠离子二次电池的正极极片，其特征在于，所述正极极片包括：集流体、涂覆于所述集流体之上的导电添加剂和粘结剂，和如上述权利要求1-3任一所述的铜锰有序高电压铜基氧化物材料。
5.一种包括上述权利要求4所述的正极极片的钠离子二次电池。
6.根据上述权利要求5所述的钠离子二次电池，其特征在于，所述钠离子二次电池用于太阳能发电、风力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源或通信基站的大规模储能设备。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114927681A (zh) * 2022-05-16 2022-08-19 华侨大学 一种p2型五元高熵钠层状正极材料及其制备方法和应用
WO2022252828A1 (zh) * 2021-05-31 2022-12-08 中国科学院物理研究所 一种铜锰有序高电压铜基氧化物材料和应用
CN118073552A (zh) * 2024-04-19 2024-05-24 内蒙古工业大学 一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014010973A (ja) * 2012-06-28 2014-01-20 Kyocera Corp 活物質およびそれを用いた二次電池
CN104617288A (zh) * 2015-01-21 2015-05-13 中国科学院物理研究所 一种铜基富钠层状氧化物材料及其制备方法和用途
JP2015097161A (ja) * 2013-11-15 2015-05-21 日本電信電話株式会社 ナトリウム二次電池
CN106531982A (zh) * 2015-09-14 2017-03-22 香港城市大学 用作电池阴极的铜基化合物及其晶体以及包含该化合物的电池
CN108140826A (zh) * 2015-05-26 2018-06-08 尤米科尔公司 对钠锰氧化物掺杂二价金属作为钠离子电池的阴极材料
CN110400931A (zh) * 2019-07-31 2019-11-01 陕西师范大学 一种具有超晶格有序结构的锰基储钠型正极材料及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015035138A1 (en) * 2013-09-09 2015-03-12 The Regents Of The University Of California Lithium and sodium containing cathodes/electrochemical cells
CN114171732B (zh) * 2021-05-31 2023-03-14 中国科学院物理研究所 一种铜锰有序高电压铜基氧化物材料和应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014010973A (ja) * 2012-06-28 2014-01-20 Kyocera Corp 活物質およびそれを用いた二次電池
JP2015097161A (ja) * 2013-11-15 2015-05-21 日本電信電話株式会社 ナトリウム二次電池
CN104617288A (zh) * 2015-01-21 2015-05-13 中国科学院物理研究所 一种铜基富钠层状氧化物材料及其制备方法和用途
CN108140826A (zh) * 2015-05-26 2018-06-08 尤米科尔公司 对钠锰氧化物掺杂二价金属作为钠离子电池的阴极材料
CN106531982A (zh) * 2015-09-14 2017-03-22 香港城市大学 用作电池阴极的铜基化合物及其晶体以及包含该化合物的电池
CN110400931A (zh) * 2019-07-31 2019-11-01 陕西师范大学 一种具有超晶格有序结构的锰基储钠型正极材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XU，SHU YIN 等: "Novel copper redox-based cathode materials for room-temperature sodium-ion batteries", 《CHINESE PHYSICS B》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022252828A1 (zh) * 2021-05-31 2022-12-08 中国科学院物理研究所 一种铜锰有序高电压铜基氧化物材料和应用
CN114927681A (zh) * 2022-05-16 2022-08-19 华侨大学 一种p2型五元高熵钠层状正极材料及其制备方法和应用
CN114927681B (zh) * 2022-05-16 2024-03-12 华侨大学 一种p2型五元高熵钠层状正极材料及其制备方法和应用
CN118073552A (zh) * 2024-04-19 2024-05-24 内蒙古工业大学 一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用

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