一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于钠离子电池技术领域，公开了一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用，该钠离子电池正极材料的化学式为Na

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，具体涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锰酸锂(LiMn2O4)作为一种锂离子电池正极材料，以价格低、电位高、环境友好、安全性能高等诸多优点而著，目前锰酸锂电池被普遍应用于新能源领域。据统计，锂电池的使用年限为3
‑
5年，2018年电池的报废量达到第一次高峰，其中锰酸锂电池报废量超过1万吨。锰酸锂电池的正极材料中含有大量的Li和Mn元素，如果对这些元素不进行安全有效的处理，将会对水体环境造成严重的污染问题。因此，实现各类电池材料的回收利用，不仅能节约企业生产成本，促进新能源行业的可持续发展，还能减轻废旧电池材料对环境的污染。
[0003]目前，有许多企业都具有电池回收的能力，但是还有许多问题急需解决。锰酸锂电池的比容量和倍率性能差，而钠离子电池具有比容量高，成本低等特点。但是钠离子电池的正极材料也具有导电性能差等不足。
[0004]因此，亟需提供一种钠离子电池正极材料及其制备方法，不仅能够实现锰酸锂电池的循环利用，还能改善钠离子电池正极材料性能不足的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用，该钠离子电池正极材料的比容量高，循环性能优异。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种钠离子电池正极材料，其化学式为Na
0.67
Mn
a
Zr
b
F
c
O2，其中0<a<1，0<b<1，0<c<1，a+b+c＝1。
[0008]一种钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将电池粉进行酸浸，加入还原剂反应，再加碱液调节pH，沉淀反应，过滤，得到沉淀物和滤液；
[0010](2)将高锰酸钾加入所述滤液中，进行一次沉淀反应，固液分离，得到二氧化锰和滤液，调节滤液pH，并通入二氧化碳，进行二次沉淀反应，固液分离，得到碳酸锂和含氟溶液；
[0011](3)将钠源、锆盐和络合剂加入到所述含氟溶液中，反应，烧结，得到Na
0.67
Zr
a
F
b
O2前驱体；
[0012](4)将所述Na
0.67
Zr
a
F
b
O2前驱体和步骤(2)所述二氧化锰混合，进行煅烧，得到钠离子电池正极材料Na
0.67
Mn
a
Zr
b
F
c
O2。
[0013]优选地，步骤(1)中，所述电池粉是由废旧的锰酸锂经过放电、破碎、高温煅烧和筛分，即得。
[0014]进一步优选地，所述放电是在饱和的氯化钠溶液中进行放电处理。
[0015]进一步优选地，所述煅烧的温度为600～900℃，煅烧的时间为2～6h。
[0016]进一步优选地，所述筛分的筛目为100～200μm。
[0017]优选地，步骤(1)中，所述酸浸过程中使用的酸为苹果酸、柠檬酸中的至少一种。
[0018]优选地，步骤(1)中，所述酸浸的时间为4～12h。
[0019]优选地，步骤(1)中，所述还原剂为铁粉或铝粉中的至少一种。
[0020]优选地，步骤(1)中，所述碱液为氢氧化钠。
[0021]优选地，步骤(1)中，所述调节pH是将溶液的pH调节为3～5。
[0022]进一步优选地，步骤(1)中，所述碱液的浓度为0.5～3mol/L。
[0023]优选地，步骤(2)中，所述高锰酸钾中锰离子与溶液中的锰离子浓度比为(2～3)：1。
[0024]优选地，步骤(2)中，所述调节滤液pH为9～10。
[0025]优选地，步骤(2)中，所述调节滤液pH使用的碱液为氢氧化钠。
[0026]优选地，步骤(3)中，所述钠源为Na2CO3、NaNO3或Na2SO4中的至少一种。
[0027]优选地，步骤(3)中，所述锆盐为硝酸锆、醋酸锆或柠檬酸锆中的至少一种。
[0028]优选地，步骤(3)中，所述络合剂为葡萄糖或蔗糖中的至少一种。
[0029]优选地，步骤(3)中，所述烧结的温度为350～450℃，烧结的时间为4～8h。
[0030]优选地，步骤(4)中，所述Na
0.67
Zr
a
F
b
O2前驱体和二氧化锰的摩尔比为1:(0.7～0.9)。
[0031]优选地，步骤(4)中，所述煅烧的温度为300～400℃，煅烧的时间为6～12h。
[0032]一种电池，包括所述的钠离子电池正极材料。
[0033]相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
[0034]1、本专利技术制备的钠离子电池的正极材料中掺杂了氟离子，氟离子可以使Na
+
扩散层间距增大，从而提高了正极材料的电子电导率，再引入Zr
4+
，防止正极材料中Mn
3+
的溶解引起的晶体结构崩塌，并且Zr
4+
取代了正极材料中的部分锰离子，使正极材料的充放电过程中体积较小减轻了材料的畸变，改善了循环性能。
[0035]2、本专利技术的制备方法中利用废旧的锰酸锂作为原材料，加入酸溶液中溶解，通过除杂，使最终的滤液中只含有氟离子，氟离子可用于后续钠离子电池正极材料的改性；制备方法中煅烧温度为300～400℃，在此条件下二氧化锰晶型结构为α
‑
MnO2，α
‑
MnO2比表面积大、耐腐蚀性能好，不仅有利于电子的传输，而且也防止电解液和正极材料中的活性物质相互反应。
[0036]3、本专利技术的部分原材料取自废旧电池，不仅解决了废旧电池对环境的威胁，而且有利于行业的可持续发展，符合绿色发展的理念。
附图说明
[0037]图1为本专利技术实施例的流程图；
[0038]图2为本专利技术实施例1的SEM图；
[0039]图3为本专利技术实施例2的SEM图。
具体实施方式
[0040]以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。
[0041]实施例1
[0042]本实施例的钠离子电池正极材料的化学式为Na
0.67 Mn
0.87
Zr
0.10
F
0.03
O2。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述钠离子电池正极材料的化学式为Na
0.67
Mn
a
Zr
b
F
c
O2，其中0<a<1，0<b<1，0<c<1，a+b+c＝1。2.权利要求1所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将电池粉进行酸浸、加入还原剂反应，再加碱液调节pH，沉淀反应，过滤，得到沉淀物和滤液；(2)将高锰酸钾加入所述滤液中，进行一次沉淀反应，固液分离，得到二氧化锰和滤液，调节滤液pH，并通入二氧化碳，进行二次沉淀反应，固液分离，得到碳酸锂和含氟溶液；(3)将钠源、锆盐和络合剂加入到所述含氟溶液中，反应，烧结，得到Na
0.67
Zr
a
F
b
O2前驱体；(4)将所述Na
0.67
Zr
a
F
b
O2前驱体和步骤(2)所述二氧化锰混合，进行煅...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海军，卢治旭，李爱霞，谢英豪，张学梅，李长东，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司湖南邦普汽车循环有限公司，
类型：发明
国别省市：