一种钠离子电池正极材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及电池材料的技术领域，公开了一种钠离子电池正极材料的制备方法及应用；在本发明专利技术提供的制备方法中，引入了脱水和酸碱中和步骤，在这个过程中实现了掺杂元素的均一混合，在喷雾干燥步骤中实现了金属盐前驱体和钠离子的均一混合造粒，便于烧结阶段的离子最短距离扩散，有助于提升材料的容量和结果稳定性，解决了现有技术中无法实现均一掺杂的效果的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池正极材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及电池材料
，尤其是一种钠离子电池正极材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]锂电池由于性能优异，一直是主导的电池体系，然而随着碳酸锂的价格飙升，锂电池的成本大幅提升，因此企业需要能够替代锂电池的新的电池体系。
[0003]目前，由于钠电池具有天然的成本优势，成为了替代锂电池的电池体系的首选。
[0004]现有技术中，为了合成层状体系钠电池正极材料有两种方法，一种是是通过湿法合成将混合锰、铁、镍盐在适当的碱条件下进行湿法合成，直接得到氢氧化物或者碳酸盐前驱体样品，然后和钠盐混合均匀，进行烧结，得到钠电正极材料；另外一种是直接将氧化物前驱体和钠源进行干法混合研磨，然后进行烧结同样得到钠电正极材料。
[0005]在湿法中，前驱体合成以及正极材料烧成的能耗偏高，钠离子迁移需要的能垒较高，钠无法最大程度的进到晶格骨架里面，不利于容量的充分发挥；在干法中，选用原料为氧化物，通常比较难买到，而且价格昂贵，杂质含量普遍较高，直接烧制成大单晶材料需要的能耗高，成品正极材料的品质无法充分保障；并且，在采用传统的干法或者湿法合成方法普通的掺杂手段，由于离子迁移受限，无法实现均一掺杂的效果，导致钠离子电池正极材料的品质无法保证。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种钠离子电池正极材料的制备方法及应用，旨在解决现有技术中无法实现均一掺杂的效果，导致钠离子电池正极材料的品质无法保证的问题。
[0007]本专利技术是这样实现的，本专利技术提供一种钠离子电池正极材料的制备方法，包括：S1：配置混合溶液和碱溶液，并使用所述混合溶液和所述碱溶液配置浆料；所述混合溶液采用铁源、锰源和镍源配置，所述混合溶液的浓度为1
‑
2mol/L，所述碱溶液采用工业片碱氢氧化钠作为钠源配置，所述碱溶液的浓度为1
‑
10mol/L；S2：对所述浆料进行离心脱水和强碱脱水；S3：对所述浆料进行酸碱中和，并向所述浆料引入掺杂剂后进行搅拌；所述掺杂剂为1000
‑
10000 ppm的氧化铝或者二氧化钛，搅拌时间为28
‑
32min；S4：对所述浆料进行过筛和喷雾干燥，以得到前驱体；所述前驱体呈颗粒状，直径在6
‑
9μm；S5：对所述前驱体进行一次烧结以得到物料；所述一次烧结的温度为800
‑
900度，烧结时间为10
‑
24h；S6：对所述物料进行破碎水洗和干燥；S7：向所述物料中添加包覆添加剂并进行高混机混合，以得到混合物；所述包覆添加剂为1000
‑
5000ppm的二氧化钛或者三氧化二铝，所述高混机混合的时间为20
‑
40min；
S8：对所述混合物进行二次烧结，以得到钠离子电池正极材料；所述二次烧结的温度为400
‑
650度，持续时间为2
‑
10h。
[0008]在其中一个实施例中，所述铁源为硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、氯化铁或氯化亚铁，所述锰源为硫酸锰、氯化锰或硝酸锰，所述镍源为氯化镍、硝酸镍或硫酸镍。
[0009]在其中一个实施例中，所述S1中的配置浆料包括：在5
‑
10min之内将所述碱溶液和双氧水加入混合溶液，加入的过程中同时搅拌，搅拌28
‑
32min，以生成浆料。
[0010]在其中一个实施例中，所述S2中的离心脱水包括：S21：采用离心机对所述浆料进行脱水；S22：向所述浆料加入与所述浆料等体积的纯水进行洗涤。
[0011]在其中一个实施例中，所述S2中的强碱脱水包括：S23：在5
‑
10min之内将氢氧化钠溶液加入所述浆料，加入的过程中同时搅拌；S24：向所述浆料中通入1L/min的压缩空气并持续搅拌30min，并按固含量25%
‑
45%对所述浆料进行浆化制浆。
[0012]在其中一个实施例中，所述S3包括：S31：向所述浆料加入草酸粉末，并搅拌5
‑
10min；S32：向所述浆料加入1000
‑
10000 ppm的氧化铝或者二氧化钛，并在球磨机内搅拌30min。
[0013]在其中一个实施例中，所述S4包括：S41：将所述浆料过200目筛；S42：将过筛后的所述浆料通过泵打入到压缩空气喷雾干燥机内，以进行喷雾干燥，得到6
‑
9μm的所述前驱体；所述压缩空气喷雾干燥机的进风温度为180
‑
250度，出风温度100
‑
110度。
[0014]在其中一个实施例中，所述S6包括：S61：对所述物料进行气流破碎，令所述物料的粒度为5
‑
8μm；S62：向所述物料加入纯水，配置浓度为30
‑
60%的浆料，持续洗涤5
‑
20min后进行离心脱水；S63：将所述物料放入烘箱静态恒温150度干燥12h。
[0015]第二方面，本专利技术提供一种钠离子电池正极材料，采用第一方面提供的任意一种钠离子电池正极材料的制备方法制成。
[0016]第三方面，本专利技术提供一种钠离子电池，包括第二方面提供的一种钠离子电池正极材料。
[0017]本专利技术提供了一种钠离子电池正极材料的制备方法及应用，具有以下有益效果：1、在本专利技术提供的制备方法中，引入了脱水和酸碱中和步骤，在这个过程中实现了掺杂元素的均一混合，在喷雾干燥步骤中实现了金属盐前驱体和钠离子的均一混合造粒，便于烧结阶段的离子最短距离扩散，有助于提升材料的容量和结果稳定性，解决了现有技术中无法实现均一掺杂的效果的问题。
[0018]2、在本专利技术提供的制备方法中，使用了添加包覆添加剂进行高混机混合，显著地提升了材料的结构稳定性，掺杂和包覆元素为Ti和Al，既可以支撑骨架架构的稳定，也可以
增强材料的整体导电性和包覆效果。
[0019]3、在本专利技术提供的制备方法中，使用了脱水、洗涤的步骤，能够有效地排除杂质离子。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例提供的一种钠离子电池正极材料的制备方法的步骤流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种钠离子电池正极材料的制备方法的S2中离心脱水的步骤流程示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种钠离子电池正极材料的制备方法的S2中强碱脱水的步骤流程示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种钠离子电池正极材料的制备方法的S3的步骤流程示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种钠离子电池正极材料的制备方法的S4的步骤流程示意图；图6是本专利技术实施例提供的一种钠离子电池正极材料的制备方法的S6的步骤流程示意图；图7是本专利技术实施例提供的一种钠离子电池正极材料的制备方法的对比实施例表格。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：S1：配置混合溶液和碱溶液，并使用所述混合溶液和所述碱溶液配置浆料；所述混合溶液采用铁源、锰源和镍源配置，所述混合溶液的浓度为1
‑
2mol/L，所述碱溶液采用工业片碱氢氧化钠作为钠源配置，所述碱溶液的浓度为1
‑
10mol/L；S2：对所述浆料进行离心脱水和强碱脱水；S3：对所述浆料进行酸碱中和，并向所述浆料引入掺杂剂后进行搅拌；所述掺杂剂为1000
‑
10000 ppm的氧化铝或者二氧化钛，搅拌时间为28
‑
32min；S4：对所述浆料进行过筛和喷雾干燥，以得到前驱体；所述前驱体呈颗粒状，直径在6
‑
9μm；S5：对所述前驱体进行一次烧结以得到物料；所述一次烧结的温度为800
‑
900度，烧结时间为10
‑
24h；S6：对所述物料进行破碎水洗和干燥；S7：向所述物料中添加包覆添加剂并进行高混机混合，以得到混合物；所述包覆添加剂为1000
‑
5000ppm的二氧化钛或者三氧化二铝，所述高混机混合的时间为20
‑
40min；S8：对所述混合物进行二次烧结，以得到钠离子电池正极材料；所述二次烧结的温度为400
‑
650度，持续时间为2
‑
10h。2.如权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述铁源为硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、氯化铁或氯化亚铁，所述锰源为硫酸锰、氯化锰或硝酸锰，所述镍源为氯化镍、硝酸镍或硫酸镍。3.如权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述S1中的配置浆料包括：在5
‑
10min之内将所述碱溶液和双氧水加入混合溶液，加入的过程中同时搅拌，搅拌28
‑
32min，以生成浆料。4.如权利要求1所述的一种钠离...

【专利技术属性】
技术研发人员：金晶，司徒白雪，李良，柏鑫焱，
申请(专利权)人：深圳中芯能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：