钠离子电池材料多核前驱体及其制备方法、钠离子电池正极材料、钠离子电池和涉电设备技术

本申请提供一种钠离子电池材料多核前驱体及其制备方法、钠离子电池正极材料、钠离子电池和涉电设备，涉及钠离子电池领域。钠离子电池材料多核前驱体，该前驱体具有核壳结构包括多个疏松多孔的内核和包覆内核的致密的外壳。其制备方法包括：将包括络合剂、沉淀剂和水在内的原料混合得到底液；在惰性气氛下将包括镍源、锰源、亚铁源和水在内的混合盐溶液、络合剂和沉淀剂持续加入底液，程序调控搅拌速率和混合盐溶液的流速，反应得到多核团聚体；保持搅拌速率和混合盐溶液的流速，反应得到钠离子电池材料多核前驱体。本申请提供的前驱体，在充放电期间，钠离子从壳表面到各核的扩散距离缩短，有利于钠离子的嵌入和脱嵌，提高倍率性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池材料多核前驱体及其制备方法、钠离子电池正极材料、钠离子电池和涉电设备


[0001]本申请涉及钠离子电池领域，尤其涉及一种钠离子电池材料多核前驱体及其制备方法、钠离子电池正极材料、钠离子电池和涉电设备。

技术介绍

[0002]锂资源缺乏和高成本的问题使得锂离子电池在大规模储能领域的应用受到制约。资源丰富，成本较低的钠离子电池与锂离子电池具有相同工作原理和相似电池部件，能够满足新能源领域低成本、长寿命、高安全性能的要求，有望在新型储能应用中扮演重要角色，而正极材料是制约钠离子电池发展的决定性因素。钠离子电池正极材料主要包括氧化物类、聚阴离子类、普鲁士蓝类和有机类等。其中氧化物中的层状过渡金属氧化物是一类比容量较高，稳定性较好、制作方法简单的钠离子电池正极材料，但该类材料的商业化仍然受到低能量密度和相对较差的循环寿命、倍率性能较差等问题的阻碍。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于提供一种钠离子电池材料多核前驱体及其制备方法、钠离子电池正极材料、钠离子电池和涉电设备，以解决上述问题。
[0004]为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
[0005]一种钠离子电池材料多核前驱体，为核壳结构，包括多个疏松多孔的内核和包覆内核的致密的外壳。
[0006]优选地，内核满足以下条件中的一个或多个：
[0007]a.单个内核的宽度为1.5
‑
4.0μm；
[0008]b.单个内核的平均孔容为0.037
‑
0.046cm3/g；
[0009]c.内核的一次颗粒呈类六边形板块状，厚度为0.04
‑
0.20μm，长度与厚度比为2
‑
10。
[0010]优选地，外壳满足以下条件中的一个或多个：
[0011]d.一次颗粒组成沿径向排布，整体呈树冠状结构；
[0012]e.外壳的一次颗粒呈板块状，厚度为0.08
‑
0.40μm，长度与厚度比为2
‑
15；
[0013]f.外壳的表面到单个内核的最小距离为4
‑
8μm。
[0014]优选地，钠离子电池材料多核前驱体满足以下条件中的一个或多个：
[0015]g.平均孔容为0.025
‑
0.041cm3/g；
[0016]h.颗粒呈边缘不规则的类椭球形，长轴a与短轴b长度之比为1＜a：b
[0017]i.所述钠离子电池材料多核前驱体为镍铁锰氢氧化物；
[0018]j.化学通式为Ni
x
Mn
y
Fe1‑
x
‑
y
(OH)2，其中，0.15≤x≤0.4，0.2≤y≤0.5；
[0019]k.D50为6
‑
15μm，优选为8
‑
12μm；
[0020]l.span＝(D90
‑
D10)/D50为0.4
‑
1.0，优选为0.5
‑
0.8；
[0021]m.比表面积为5
‑
15m2/g，优选为6
‑
14m2/g；
[0022]n.振实密度≥1.3g/cm3，优选为1.7
‑
2.1g/cm3。
[0023]本申请还提供一种的钠离子电池材料多核前驱体的制备方法，包括：
[0024]将包括部分络合剂、部分沉淀剂和水在内的原料混合得到底液；
[0025]在惰性气体氛围下，将包括镍源、锰源、亚铁源和水在内的混合盐溶液、剩余部分的络合剂和剩余部分的沉淀剂持续加入底液，程序调控搅拌速率和混合盐溶液的流速，反应得到多核团聚体；
[0026]保持搅拌速率和混合盐溶液的流速，反应得到钠离子电池材料多核前驱体。
[0027]优选地，制备方法满足以下条件中的一个或多个：
[0028]A.反应过程中，体系的pH为10
‑
12；
[0029]B.程序调控包括：每间隔30
‑
90min降低搅拌速率并同时增大混合盐溶液的流速，搅拌速率的降幅为30
‑
120rpm/次，混合盐溶液的流速的升幅为前一次的1.5
‑
3倍；
[0030]C.搅拌速率为300
‑
1000r/min，混合盐溶液的流速为反应容器总容积的1％/h
‑
8％/h；
[0031]D.镍源包括硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍中的一种或多种，锰源包括硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰中的一种或多种，亚铁源包括硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁中的一种或多种；
[0032]E.混合盐溶液的浓度为1.0
‑
2.2mol/L；
[0033]F.沉淀剂包括氢氧化钠和/或氢氧化钾，络合剂包括碳酸氢氨、碳酸氨、氨水中的一种或多种；
[0034]G.剩余部分的络合剂和剩余部分的沉淀剂以水溶液形式使用，沉淀剂浓度为2
‑
15mol/L，络合剂浓度为0.5
‑
15mol/L；
[0035]H.制备底液时使用的水的温度为40
‑
60℃，底液的pH为10
‑
12；
[0036]I.多核团聚体的D50为3
‑
5μm；
[0037]J.还包括对产物进行碱洗、水洗、干燥；
[0038]K.水洗的终点为洗涤液电导率小于50μs/cm，干燥的温度为120
‑
180℃，时间为10
‑
16h；干燥的终点为物料水分含量小于等于0.6wt％。
[0039]本申请还提供一种钠离子电池正极材料，使用钠离子电池材料多核前驱体和钠源反应制得。
[0040]优选地，钠离子电池正极材料满足以下条件中的一个或多个：
[0041]L.钠离子电池材料多核前驱体中镍锰铁之和与钠源的摩尔比为1：(1.02
‑
1.07)；
[0042]M.反应采用程序升温进行煅烧：以2
‑
4℃/min的升温速率升至780
‑
880℃进行煅烧10
‑
20h。
[0043]本申请还提供一种钠离子电池，其原料包括的钠离子电池正极材料。
[0044]本申请还提供一种涉电设备，包括的钠离子电池。
[0045]与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
[0046]本申请提供的钠离子电池材料材料前驱体，为具有核壳结构的镍铁锰氢氧化物，二次颗粒具有多个疏松多孔的内核，具有以下有益效果：
[0047]1、与由单核颗粒状结构体组成的常规二次颗粒相比，在充电和放电期间的钠离子从壳表面到各核的扩散距离缩短，有利于钠离子的嵌入和脱嵌，提高倍率性能；
[0048]2、内部疏松外部致密的结构，且内核本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池材料多核前驱体，其特征在于，前驱体为核壳结构，包括多个疏松多孔的内核和包覆所述内核的致密的外壳。2.根据权利要求1所述的钠离子电池材料多核前驱体，其特征在于，所述内核满足以下条件中的一个或多个：a.单个所述内核的宽度为1.5
‑
4.0μm；b.单个所述内核的平均孔容为0.037
‑
0.046cm3/g；c.所述内核的一次颗粒呈类六边形板块状，厚度为0.04
‑
0.20μm，长度与厚度比为2
‑
10。3.根据权利要求1所述的钠离子电池材料多核前驱体，其特征在于，所述外壳满足以下条件中的一个或多个：d.一次颗粒组成沿径向排布，整体呈树冠状结构；e.所述外壳的一次颗粒呈板块状，厚度为0.08
‑
0.40μm，长度与厚度比为2
‑
15；f.所述外壳的表面到单个所述内核的最小距离为4
‑
8μm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的钠离子电池材料多核前驱体，其特征在于，满足以下条件中的一个或多个：g.平均孔容为0.025
‑
0.041cm3/g；h.颗粒呈边缘不规则的类椭球形，长轴a与短轴b长度之比为1＜a：h.颗粒呈边缘不规则的类椭球形，长轴a与短轴b长度之比为1＜a：i.所述钠离子电池材料多核前驱体为镍铁锰氢氧化物；j.化学通式为Ni
x
Mn
y
Fe1‑
x
‑
y
(OH)2，其中，0.15≤x≤0.4，0.2≤y≤0.5；k.D50为6
‑
15μm，优选为8
‑
12μm；l.span为0.4
‑
1.0，优选为0.5
‑
0.8；m.比表面积为5
‑
15m2/g，优选为6
‑
14m2/g；n.振实密度≥1.3g/cm3，优选为1.7
‑
2.1g/cm3。5.一种权利要求1
‑
4任一项所述的钠离子电池材料多核前驱体的制备方法，其特征在于，包括：将包括部分络合剂、部分沉淀剂和水在内的原料混合得到底液；在惰性气体氛围下，将包括镍源、锰源、亚铁源和水在内的混合盐溶液、剩余部分的络合剂和剩余部分的沉淀剂持续加入所述底液，程序调控搅拌速率和所述混合盐溶液的流速，反应得到多核团聚体；保持搅拌速率和所述混合盐溶液的流速，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李唯，訚硕，张雨英，林艺佳，廖文涛，
申请(专利权)人：中伟新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：