钠正极前驱体材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种钠正极前驱体材料及其制备方法和应用，所述钠正极前驱体材料包括第一内核、以及存在于所述第一内核表面的第一壳层；所述第一内核包括Ni

【技术实现步骤摘要】
钠正极前驱体材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体涉及一种钠正极前驱体材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，由于钠材料资源广、价格低廉稳定等因素，钠离子电池逐渐成为关注焦点，但目前的钠离子电池仍然普遍存在着容量较低、稳定性和循环性较差等问题，亟待解决。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种钠正极前驱体材料及其制备方法和应用，能够兼顾提高钠离子电池的容量和稳定性、循环性等性能，有效克服现有技术存在的缺陷。
[0004]本专利技术的一方面，提供一种钠正极前驱体材料，包括第一内核、以及存在于所述第一内核表面的第一壳层；所述第一内核包括Ni
y
Mn
x
Fe
x
(OH)
a1
，0.1≤y≤0.8，0.1≤x≤0.45，a1满足所述Ni
y
Mn
x
Fe
x
(OH)
a1
的正负化合价代数和为0，所述第一壳层包括Cu(OH)2，所述Ni
y
Mn
x
Fe
x
(OH)
a1
与所述Cu(OH)2的摩尔比为1：(0.02～0.15)。
[0005]可选地，所述钠正极前驱体材料的粒径D50为2.5
‑
5μm。
[0006]可选地，所述钠正极前驱体材料为球形或类球形。
[0007]本专利技术的另一方面，提供一种上述正极前驱体材料的制备方法，包括：使含有镍源、锰源、铁源的混合盐溶液与无机碱溶液和氨水混合进行共沉淀反应，经所述共沉淀反应后，再向其中加入铜源溶液进行沉淀反应，然后依次进行固液分离、洗涤、干燥，得到所述钠正极前驱体材料；其中，通过所述共沉淀反应形成所述第一内核，通过所述沉淀反应形成所述第一壳层。
[0008]可选地，在所述共沉淀反应和加入所述铜源溶液后的所述沉淀反应过程中，维持反应温度为55
‑
70℃，反应体系pH为10
‑
12。
[0009]可选地，所述共沉淀反应在惰性保护气氛下进行，和/或，所述共沉淀反应在还原剂存在下进行。
[0010]可选地，所述混合盐溶液中镍源、锰源、铁源的含量满足：所述混合盐溶液中，镍元素、锰元素、铁元素的摩尔浓度之和为0.5
‑
1mol/L；和/或，以铜元素计，所述铜源溶液中，所述铜源的浓度为0.5
‑
1mol/L；和/或，以氢氧根计，所述无机碱溶液的浓度为5
‑
8mol/L；和/或，所述氨水溶液的浓度为5
‑
8mol/L。
[0011]可选地，所述混合盐溶液、所述无机碱溶液、所述氨水以并流的方式混合，其中，所述混合盐溶液的进料速度为a，0＜a≤100L/h，所述无机碱溶液的进料速度为15
‑
35L/h，所述氨水的进料速度为20
‑
200mL/min，所述混合盐溶液、所述无机碱溶液、所述氨水进料结束后，维持反应t小时，0＜t≤1，再向其中加入所述铜源溶液，所述铜源溶液的进料速度为40
‑
55L/h，所述铜源溶液进料结束后，维持反应1
‑
3h，再依次进行所述固液分离、洗涤和干燥。
[0012]本专利技术的再一方面，提供一种钠正极材料，包括基体材料、以及与所述基体材料复合的钠组分，所述基体材料包括第二内核、以及存在于所述第二内核表面的第二壳层，所述第二内核包括Ni
y
Mn
x
Fe
x
O
a2
，0.1≤y≤0.8，0.1≤x≤0.45，a2满足所述Ni
y
Mn
x
Fe
x
O
a2
的正负化合价代数和为0，所述第二壳层包括铜的氧化物，所述铜的氧化物以铜元素计，所述Ni
y
Mn
x
Fe
x
O
a2
与所述铜的氧化物的摩尔比为1：(0.02～0.15)。
[0013]可选地，所述钠组分以钠元素计，Ni、Mn、Fe、Cu的摩尔数之和与所述钠组分的摩尔数之比为1：(0.84～1.04)。
[0014]可选地，所述第二内核和所述第二壳层中均分别存在所述钠组分。
[0015]可选地，所述钠正极材料的粒径为3～7μm。
[0016]可选地，所述钠正极材料由含有钠源与权利要求1
‑
3任一项所述的钠正极前驱体材料的混合物在含氧气氛下焙烧制得。
[0017]可选地，所述钠源包括碳酸钠和/或氢氧化钠。
[0018]本专利技术的再一方面，提供一种钠正极材料的制备方法，包括：将含有钠源与上述正极前驱体材料的混合物在含氧气氛下焙烧，得到所述钠正极材料；其中，所述焙烧的条件为：在氧气气氛下400
‑
600℃保温5
‑
7小时，再在900
‑
1200℃煅烧10
‑
24小时。
[0019]本专利技术的再一方面，提供一种正极片，包括上述钠正极材料。
[0020]可选地，所述正极片包括正极活性物质层，所述正极活性物质层包括所述钠正极材料、导电剂和粘结剂，所述正极活性物质层中，所述钠正极材料的质量含量为70％～80％，所述导电剂的质量含量为10％～20％，所述粘结剂的质量含量为5％～10％。
[0021]本专利技术的再一方面，提供一种钠离子电池，包括上述正极片。
[0022]本专利技术提供的钠正极前驱体材料为核壳结构，其以富镍掺杂铁锰材料(Ni
y
Mn
x
Fe
x
(OH)
a1
)为内核，以Cu(OH)2为壳层，并控制各金属元素配比满足0.1≤y≤0.8，0.1≤x≤0.45，Ni
y
Mn
x
Fe
x
(OH)
a1
与Cu(OH)2的摩尔比为1：(0.02～0.15)，具有较高的镍含量，且结构稳定，可用于与钠化合物复合形成钠正极材料，且形成的钠正极材料结构稳定，克容量高，表现出良好的空气稳定性、循环稳定性、高放电比容量等性能，研究显示，采用该钠正极材料的钠离子电池的比容量可达158mAh/g以上，首次库伦效率达96％以上，100圈容量保持率达91％以上。
[0023]此外，由上述钠正极材料构建的钠离子全电池，具有平均储能电压高、能量密度和功率密度高等特点，具有优异的安全性能、倍率性能和循环性能，可以作为绿色清洁能源，用于发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源、通信基站或低速电动汽车等的储能设备。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1制备的钠电前驱体材料的SEM图和剖面EDS图；
[0025]图2为本专利技术实施例2制备的钠电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠正极前驱体材料，其特征在于，包括第一内核、以及存在于所述第一内核表面的第一壳层；所述第一内核包括Ni
y
Mn
x
Fe
x
(OH)
a1
，0.1≤y≤0.8，0.1≤x≤0.45，a1满足所述Ni
y
Mn
x
Fe
x
(OH)
a1
的正负化合价代数和为0，所述第一壳层包括Cu(OH)2，所述Ni
y
Mn
x
Fe
x
(OH)
a1
与所述Cu(OH)2的摩尔比为1：(0.02～0.15)。2.根据权利要求1所述的正极前驱体材料，其特征在于，所述钠正极前驱体材料的粒径D50为2.5
‑
5μm。3.根据权利要求1所述的钠正极前驱体材料，其特征在于，所述钠正极前驱体材料为球形或类球形。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述的正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，包括：使含有镍源、锰源、铁源的混合盐溶液与无机碱溶液和氨水混合进行共沉淀反应，经所述共沉淀反应后，再向其中加入铜源溶液进行沉淀反应，然后依次进行固液分离、洗涤、干燥，得到所述钠正极前驱体材料；其中，通过所述共沉淀反应形成所述第一内核，通过所述沉淀反应形成所述第一壳层。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述共沉淀反应和加入所述铜源溶液后的所述沉淀反应过程中，维持反应温度为55
‑
70℃，反应体系pH为10
‑
12。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述共沉淀反应在惰性保护气氛下进行，和/或，所述共沉淀反应在还原剂存在下进行。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合盐溶液中镍源、锰源、铁源的含量满足：所述混合盐溶液中，镍元素、锰元素、铁元素的摩尔浓度之和为0.5
‑
1mol/L；和/或，以铜元素计，所述铜源溶液中，所述铜源的浓度为0.5
‑
1mol/L；和/或，以氢氧根计，所述无机碱溶液的浓度为5
‑
8mol/L；和/或，所述氨水溶液的浓度为5
‑
8mol/L。8.根据权利要求4或7所述的制备方法，其特征在于，所述混合盐溶液、所述无机碱溶液、所述氨水以并流的方式混合，其中，所述混合盐溶液的进料速度为a，0＜a≤100L/h，所述无机碱溶液的进料速度为15
‑
35L/h，所述氨水的进料速度为20
‑
200mL/min，所述混合盐溶液、所述无机碱溶液、所述氨水进料结束后，维持反应t小时，0＜t≤1，再向其中加入所述铜源溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明峰，刘鑫，刘瑞，袁旭婷，吕昌晓，李思卿，王尊志，马树灯，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：