一种镍铁锰层状氧化物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种镍铁锰层状氧化物及其制备方法和应用，涉及钠离子电池技术领域。本发明专利技术采用液相法进行混钠，使得钠元素在前驱体颗粒上均匀分布，在煅烧阶段更容易进入到材料内部，有利于降低煅烧温度和缩短煅烧时间，从而减少钠元素在高温下的损失；本发明专利技术引入增稠剂，可以防止浆料在干燥过程中颗粒团聚及沉降，起到更好的固定钠源的作用；填充在前驱体Ni

【技术实现步骤摘要】
一种镍铁锰层状氧化物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，尤其涉及一种镍铁锰层状氧化物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，以锂离子电池为代表的储能装置已广泛应用在小型电子产品，并在新能源汽车及储能行业持续快速增长。然而，作为核心原材料的锂资源正因为供需错配以及经济性问题成为影响其发展的重要因素。钠资源储量丰富，分布均匀，以其为原材料生产的钠离子电池在工作原理和生产工艺方面与锂离子电池基本一致，且在低温性能、倍率性能及经济性方面更优，但其循环寿命及能量密度逊于锂离子电池，能够在储能及部分乘用车、二轮车领域成为锂离子电池的有效补充。
[0003]含钠镍铁锰层状氧化物作为钠离子电池正极材料具有较高的能量密度和稳定的晶体结构，并且可适配现有的锂电三元材料合成路线，能够快速走向市场因而受到广泛关注。但在制备含钠镍铁锰层状氧化物过程中，由于碳酸钠的熔点高，在煅烧阶段的温度高达900℃，造成材料中钠元素的流失。为了补充高温损失部分的钠元素，往往会在混钠时加入过量的钠盐(>1.05)，导致材料在烧结后表面钠盐残留且分布不均，并与空气中的CO2和水分结合，以碳酸钠和氢氧化钠形式存在形成材料表面残碱，继而导致材料的后续加工能力差，不可逆容量损失增加，循环寿命将大大缩减。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种镍铁锰层状氧化物及其制备方法和应用，本专利技术提供的镍铁锰层状氧化物具有电化学活性高、结构稳定性好、表面残碱低的优点，制备的钠离子电池具有良好的循环稳定性。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种镍铁锰层状氧化物的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将增稠剂溶解到溶剂中，得到增稠剂溶液；
[0008]将Ni
x
Fe
y
Mn
z
(OH)2和钠源与所述增稠剂溶液混合，得到前驱体浆料；所述钠源中Na与Ni
x
Fe
y
Mn
z
(OH)2的摩尔比为0.98～1.03:1；
[0009]将所述前驱体浆料依次进行干燥和煅烧，得到所述镍铁锰层状氧化物；所述煅烧的温度为600～850℃，保温时间为6～15h；
[0010]所述镍铁锰层状氧化物的化学组成见式1：NaNi
x
Fe
y
Mn
z
O2式1；式1中，0＜x＜0.5，0＜y＜0.33，0＜z＜0.5，x+y+z＝1。
[0011]优选的，所述增稠剂为柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、羧甲基纤维素、丙烯酸、聚丙烯酸酯和聚氨酯中的一种或多种。
[0012]优选的，所述溶剂为水或水
‑
乙醇混合溶剂，所述水
‑
乙醇混合溶剂中乙醇的体积含量在20％以下。
[0013]优选的，所述Ni
x
Fe
y
Mn
z
(OH)2通过共沉淀法制备得到。
[0014]优选的，所述钠源为氢氧化钠、碳酸钠、草酸钠、氯化钠和硝酸钠中的一种或多种。
[0015]优选的，所述煅烧在空气氛围或氧气氛围下进行。
[0016]优选的，所述增稠剂溶液的质量浓度为1～10％。
[0017]优选的，所述前驱体浆料的固含量为30～80％，粘度为1000～10000mPa
·
s。
[0018]本专利技术提供了上述方案所述制备方法制备得到的镍铁锰层状氧化物，具有式1所示化学组成：NaNi
x
Fe
y
Mn
z
O2式1；式1中，0＜x＜0.5，0＜y＜0.33，0＜z＜0.5，x+y+z＝1。
[0019]本专利技术提供了上述方案所述镍铁锰层状氧化物作为正极材料在钠离子电池中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种镍铁锰层状氧化物的制备方法，包括以下步骤：将增稠剂溶解到溶剂中，得到增稠剂溶液；将Ni
x
Fe
y
Mn
z
(OH)2和钠源与所述增稠剂溶液混合，得到前驱体浆料；所述钠源中Na与Ni
x
Fe
y
Mn
z
(OH)2的摩尔比为0.98～1.03:1；将所述前驱体浆料依次进行干燥和煅烧，得到所述镍铁锰层状氧化物；所述煅烧的温度为600～850℃，保温时间为6～15h；所述镍铁锰层状氧化物的化学组成见式1：NaNi
x
Fe
y
Mn
z
O2式1；式1中，0＜x＜0.5，0＜y＜0.33，0＜z＜0.5，x+y+z＝1。
[0021]本专利技术采用液相法进行混钠，使得钠元素在前驱体颗粒上均匀分布，在煅烧阶段更容易进入到材料内部，有利于降低煅烧温度和缩短煅烧时间，从而减少钠元素在高温下的损失；本专利技术引入增稠剂，可以防止浆料在干燥过程中颗粒团聚及沉降，起到更好的固定钠源的作用；填充在前驱体Ni
x
Fe
y
Mn
z
(OH)2颗粒孔隙中的增稠剂，经煅烧后仅残留部分碳，一方面可以增加材料的导电性，另一方面对颗粒的物理结构起支撑作用，增强材料的结构稳定性，以本专利技术的镍铁锰层状氧化物作为正极材料制备的钠离子电池具有高比容量和良好的循环稳定性。
附图说明
[0022]图1为实施例1制得的NaNi
0.4
Fe
0.2
Mn
0.4
O2颗粒的SEM图；
[0023]图2为实施例1制得的Ni
0.4
Fe
0.2
Mn
0.4
(OH)2颗粒表面的SEM图；
[0024]图3为实施例1制得的前驱体浆料经干燥粉碎后颗粒表面的SEM图；
[0025]图4为实施例1制得的NaNi
0.4
Fe
0.2
Mn
0.4
O2颗粒表面的SEM图；
[0026]图5为实施例1制得的镍铁锰层状氧化物的XRD图谱；
[0027]图6为对比例1制得的镍铁锰层状氧化物颗粒表面的SEM图；
[0028]图7为对比例1制得的镍铁锰层状氧化物的XRD图谱；
[0029]图8为实施例1制得的正极材料的1C循环测试寿命曲线。
具体实施方式
[0030]本专利技术提供了一种镍铁锰层状氧化物的制备方法，包括以下步骤：
[0031]将增稠剂溶解到溶剂中，得到增稠剂溶液；
[0032]将Ni
x
Fe
y
Mn
z
(OH)2和钠源与所述增稠剂溶液混合，得到前驱体浆料；所述钠源中Na与Ni
x
Fe
y
Mn
z
(OH)2的摩尔比为0.98～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍铁锰层状氧化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将增稠剂溶解到溶剂中，得到增稠剂溶液；将Ni
x
Fe
y
Mn
z
(OH)2和钠源与所述增稠剂溶液混合，得到前驱体浆料；所述钠源中Na与Ni
x
Fe
y
Mn
z
(OH)2的摩尔比为0.98～1.03:1；将所述前驱体浆料依次进行干燥和煅烧，得到所述镍铁锰层状氧化物；所述煅烧的温度为600～850℃，保温时间为6～15h；所述镍铁锰层状氧化物的化学组成见式1：NaNi
x
Fe
y
Mn
z
O2式1；式1中，0＜x＜0.5，0＜y＜0.33，0＜z＜0.5，x+y+z＝1。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述增稠剂为柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、羧甲基纤维素、丙烯酸、聚丙烯酸酯和聚氨酯中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水或水
‑
乙醇混合溶剂，所述水
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：王欢，胡亮，彭天权，
申请(专利权)人：赣州立探新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：