一种层状钠离子电池正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种层状钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将钠源、金属源、掺杂剂以及溶剂一起搅拌，使其充分混合均匀，获得金属盐溶液；步骤2：将金属盐溶液转至雾化器中雾化后，经载气载入焙烧炉热解，获得正极材料前驱体；步骤3：将正极材料前驱体进行高温煅烧后，获得层状单晶钠离子电池正极材料；其中，钠源为卤化钠，本发明专利技术可以克服传统共沉淀法合成过程中操作不易、产生大量氨废液，以及常见的干燥喷雾法尾气不易处理、前驱体与钠源混料不均、残碱高等问题。从而提供一种制备方法简单、尾气易处理、钠源混合程度高、残碱低且具有良好电化学性能的钠离子电池正极材料。料。料。

【技术实现步骤摘要】
一种层状钠离子电池正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池正极材料
，具体涉及一种层状钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]相对比锂离子电池来说，钠离子电池发展较慢。但在实际应用中，由于发现锂资源稀缺和分布不均匀等问题，近年来众多科研者和企业又将目光转向了钠离子电池。钠离子电池与锂离子电池的工作原理和制备工艺基本一致，且钠资源丰富度高，分布均匀，因此，钠离子电池具有大规模生产的潜力。
[0003]目前钠离子电池正极材料的制备工艺基本采用的是共沉淀法和固相法。铁、铜等金属盐共沉淀不易操作、生产过程中产生的大量氨废水不符合环保理念；且加钠源高温煅烧后得到的成品容量不理想，因此，需要寻找一种操作简单且产物容量良好的方法去替代传统共沉淀法。
[0004]干燥喷雾法可以使各种金属盐在原子层面上混合均匀，通过雾化盐溶液后热解得到钠离子电池正极材料，操作流程简洁，因此被认为是传统共沉淀法的优良替代法。但是目前使用干燥喷雾法制备钠离子电池正极材料一般是通过两步制备而成，在第一步合成前驱体过程中大部分使用的是有机盐和硝酸盐等，热解后产生的尾气不易处理。此外，第一步得到的前驱体需与钠源混料后再次煅烧，但干法混料时间长、混料不够均匀，且碳酸钠等钠源易腐蚀匣钵、过量的钠源烧结不完全易导致残碱过高。
[0005]因此，亟需寻找一种方法去解决喷雾热解后的尾气处理及前驱体与钠源混料不均、混料耗时、残碱高等问题，且通过此法制备得到的钠离子电池正极材料应具有良好的电化学性能。

技术实现思路

[0006]鉴于目前存在的上述不足，本专利技术提供了一种层状钠离子电池正极材料及其制备方法和应用，本专利技术可以克服传统共沉淀法合成过程中操作不易、产生大量氨废液，以及常见的干燥喷雾法尾气不易处理、前驱体与钠源混料不均、残碱高等问题。从而提供一种制备方法简单、尾气易处理、钠源混合程度高、残碱低且具有良好电化学性能的钠离子电池正极材料。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术提供一种层状钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：将钠源、金属源、掺杂剂以及溶剂一起搅拌，使其充分混合均匀，获得金属盐溶液；
[0009]步骤2：将金属盐溶液转至雾化器中雾化后，经载气载入焙烧炉热解，获得正极材料前驱体；
[0010]步骤3：将正极材料前驱体进行高温煅烧后，获得层状单晶钠离子电池正极材料。
[0011]依照本专利技术的一个方面，所述层状单晶钠离子电池正极材料的化学通式为：M
‑
NaNi
a
Cu
b
Fe
c
Mn
d
O2；其中，M为掺杂剂提供的掺杂元素，M选自Al、Mg、Zn、Sr、Co中的一种或多种；Ni、Cu、Fe、Mn为金属源提供的金属元素，a+b+c+d＝1，0≤a＜1，0≤b＜1，0≤c＜1，0≤d＜1。
[0012]依照本专利技术的一个方面，所述钠源为卤化钠；所述金属源为对应金属的卤化盐；所述掺杂剂为掺杂的金属元素对应的卤化盐。
[0013]依照本专利技术的一个方面，所述卤化钠为NaF、NaCl、NaBr中的一种；所述金属源包括镍源、铜源、铁源、锰源，所述锰源为MnF2、MnCl2、MnBr2中的一种，所述铁源为FeF3、FeCl3、FeBr3中的一种；所述掺杂剂为AlCl3、MgCl2、ZnCl2、SrCl2、CoCl2中的一种。
[0014]依照本专利技术的一个方面，所述步骤1中，溶剂为去离子水、乙醇、甲醇中的一种或多种。
[0015]依照本专利技术的一个方面，所述步骤2中，热解的温度为600～800℃，载气的气体流量为5～20L/min。
[0016]依照本专利技术的一个方面，所述步骤2中，载入焙烧炉的气体为氮气和氢气。
[0017]依照本专利技术的一个方面，所述步骤3中，高温煅烧的温度为920～1050℃，高温煅烧的时间为8～12h。
[0018]基于同一专利技术构思，本专利技术还公开了由上述任一制备方法制备的层状钠离子电池正极材料。
[0019]基于同一专利技术构思，本专利技术还公开了一种包含上述任一制备方法制备的层状钠离子电池正极材料或上述层状钠离子电池正极材料的层状钠离子电池正极。
[0020]基于同一专利技术构思，本专利技术还公开了一种包含上述任一制备方法制备的层状钠离子电池正极材料、上述层状钠离子电池正极材料或上述层状钠离子电池正极的钠离子纽扣电池。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022](1)本专利技术首先将卤化钠、卤化镍、卤化铜、卤化铁、卤化锰溶于溶剂混合均匀，后进行喷雾热解使其在原子级别混合均匀，得到了镍铜铁锰钠正极材料，无需经过干法混料与二次烧结来加入钠源。
[0023](2)本专利技术热解产生的卤化氢气体可以用碱性溶液进行尾气处理。然后再将喷雾热解得到的镍铜铁锰钠正极材料进一步高温煅烧提高结晶度，得到性能良好的O3相层状钠电正极。
[0024](3)本专利技术该种方法克服了碳酸钠等钠源与前驱体混料容易堵料并难以混合均匀、烧结后腐蚀匣钵且收率低产能低、材料残碱高等缺陷。
[0025](4)与传统制备方法(共沉淀法得前驱体后再经高温烧结、有机盐为金属源的喷雾干燥方法等)相比，本专利技术的混合程度高、产能大、残碱低、不易造成匣钵腐蚀，尾气易处理，且该材料具有良好的电化学性能。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1制得的层状钠离子电池正极材料的SEM图；
[0027]图2为本专利技术实施例2制得的层状钠离子电池正极材料的SEM图；
[0028]图3为本专利技术实施例3制得的层状钠离子电池正极材料的SEM图；
[0029]图4为本专利技术对比例1制得的层状钠离子电池正极材料的SEM图；
[0030]图5为本专利技术对比例2制得的层状钠离子电池正极材料的SEM图；
[0031]图6为本专利技术实施例1制得的层状钠离子电池正极材料制成的半电池的充放电曲线图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术更加容易理解，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另有定义，下文所用专业术语和本领域专业技术人员所理解的含义一致；除非特殊说明，本文所涉及的原料、试剂均可从市场购买，或通过公知的方法制得。
[0033]实施例1
[0034]分别称取28.51g氯化镍、14.79g氯化铜、53.53g氯化铁、42.78g氯化锰、61.36g氯化钠以及0.65g氯化钴倒入3L烧杯中加入1L去离子水，在600r/min的转速下机械搅拌30min后得到混合均匀的金属盐溶液。将均匀溶液的金属盐溶液转移至雾化器中进行雾化，由10L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层状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：步骤1：将钠源、金属源、掺杂剂以及溶剂一起搅拌，使其充分混合均匀，获得金属盐溶液；步骤2：将金属盐溶液转至雾化器中雾化后，经载气载入焙烧炉热解，获得正极材料前驱体；步骤3：将正极材料前驱体进行高温煅烧后，获得层状单晶钠离子电池正极材料。2.根据权利要求1所述的层状钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述层状单晶钠离子电池正极材料的化学通式为：M
‑
NaNi
a
Cu
b
Fe
c
Mn
d
O2；其中，M为掺杂剂提供的掺杂元素，M选自Al、Mg、Zn、Sr、Co中的一种或多种；Ni、Cu、Fe、Mn为金属源提供的金属元素，a+b+c+d＝1，0≤a＜1，0≤b＜1，0≤c＜1，0≤d＜1。3.根据权利要求1所述的层状钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述钠源为卤化钠；所述金属源为对应金属的卤化盐；所述掺杂剂为掺杂的金属元素对应的卤化盐。4.根据权利要求3所述的层状钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述卤化钠为NaF、NaCl、NaBr中的一种；所述金属源包括镍源、铜源、铁源、锰源，所述锰源为MnF2、MnCl2...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹伊君，谭艳，钟毅，闫晓志，
申请(专利权)人：湖南金富力新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：