一种钠离子电池锰基三元正极材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池锰基三元正极材料及制备方法，其原料按重量百分比包括：Na30

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池锰基三元正极材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及能源材料
，具体为一种钠离子电池锰基三元正极材料及制备方法。

技术介绍

[0002]钠离子电池是一种二次电池(充电电池)，主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似。2022年度化学领域十大新兴技术之一，在充放电过程中，Na+在两个电极之间往返嵌入和脱出：充电时，Na+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；放电时则相反。由于钠离子比锂离子更大，所以当对重量和能量密度要求不高时，钠离子电池是一种划算的替代品。与锂离子电池相比，钠离子电池具有的优势有：(1)钠盐原材料储量丰富，价格低廉，采用铁锰镍基正极材料相比较锂离子电池三元正极材料，原料成本降低一半；(2)由于钠盐特性，允许使用低浓度电解液(同样浓度电解液，钠盐电导率高于锂电解液20％左右)降低成本；(3)钠离子不与铝形成合金，负极可采用铝箔作为集流体，可以进一步降低成本8％左右，降低重量10％左右；(4)由于钠离子电池无过放电特性，允许钠离子电池放电到零伏。钠离子电池能量密度大于100Wh/kg，可与磷酸铁锂电池相媲美，但是其成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池，其中锰基三元正极材料是钠离子电池的重要组成部分。
[0003]目前的钠离子电池的正极材料导电性差，循环使用寿命相对较短，并且制备方法较为复杂，不能实现通过在钠离子电池正极材料中加入钙、铜、铁、锆、铪、钽和钨等元素对应的物质，来使正极材料的导电性得到明显提升，无法达到通过离机钠离子和其他导电物质的协同作用使正极材料的循环使用寿命大大延长的目的，不能实现通过简化生产工序，来大大降低正极材料生产成本，从而对钠离子电池正极材料的大批量生产十分不利。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种钠离子电池锰基三元正极材料及制备方法，解决了现有的钠离子电池的正极材料导电性差，循环使用寿命相对较短，并且制备方法较为复杂，不能实现通过在钠离子电池正极材料中加入钙、铜、铁、锆、铪、钽和钨等元素对应的物质，来使正极材料的导电性得到明显提升，无法达到通过离机钠离子和其他导电物质的协同作用使正极材料的循环使用寿命大大延长的目的，不能实现通过简化生产工序，来大大降低正极材料生产成本的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种钠离子电池锰基三元正极材料，其原料按重量百分比包括：Na30
‑
50％、Mn10
‑
20％、Ca5
‑
10％、Cu5
‑
10％、Fe10
‑
20％、Zr1
‑
5％、Hf1
‑
5％、Ta1
‑
5％和W1
‑
5％。
[0008]优选的，其原料按重量百分比包括：Na44％、Mn15％、Ca7％、Cu7％、Fe15％、Zr3％、
Hf3％、Ta3％和W3％。
[0009]优选的，其原料按重量百分比包括：Na46％、Mn20％、Ca10％、Cu5％、Fe15％、Zr1％、Hf1％、Ta1％和W1％。
[0010]优选的，其原料按重量百分比包括：Na30％、Mn10％、Ca10％、Cu10％、Fe20％、Zr5％、Hf5％、Ta5％和W5％。
[0011]本专利技术还提供了一种钠离子电池锰基三元正极材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0012]S1、按所需重量百分比取钠源、锰源、钙源、铜源、铁源、锆源、铪源、钽源和钨源依次加入到混合搅拌设备中，再加入5
‑
10g的分散剂后，启动混合设备以转速为500
‑
600r/min的条件下混合搅拌20
‑
30min，即得到混料；
[0013]S2、将步骤S1得到的混料通过研磨设备进行研磨处理，在氧气气氛下，400
‑
600℃一次烧结2
‑
5h后，降温冷却至室温再次研磨，700
‑
900℃二次烧结5
‑
8h后，得到正极材料；
[0014]S3、按质量比(5
‑
10):(1
‑
3):(1
‑
3)取正极材料、导电剂和粘结剂并加入到N，N
‑
二甲基吡咯烷酮中进行混合搅拌形成浆料，然后将浆料涂敷于铝箔上在55
‑
80℃的条件下干燥后进行热辊压，裁切制成锂离子电池正极片，并将其组装成锂离子电池。
[0015]优选的，所述步骤S1中分散剂为水、甲醇或乙醇中的一种。
[0016]优选的，所述步骤S3中每毫克粘结剂对应1
‑
2毫升的N，N
‑
二甲基吡咯烷酮。
[0017]优选的，所述步骤S3中粘结剂为聚偏氟乙烯、丙烯酸树酯或硅氧烷中的一种。
[0018]优选的，所述步骤S3中导电剂为炭黑导电剂、石墨导电剂或石墨烯导电剂中的一种。
[0019](三)有益效果
[0020]本专利技术提供了一种钠离子电池锰基三元正极材料及制备方法。与现有技术相比具备以下有益效果：该钠离子电池锰基三元正极材料及制备方法，其原料按重量百分比包括：Na30
‑
50％、Mn10
‑
20％、Ca5
‑
10％、Cu5
‑
10％、Fe10
‑
20％、Zr1
‑
5％、Hf1
‑
5％、Ta1
‑
5％和W1
‑
5％，可实现通过在钠离子电池正极材料中加入钙、铜、铁、锆、铪、钽和钨等元素对应的物质，来使正极材料的导电性得到明显提升，很好的达到了通过离机钠离子和其他导电物质的协同作用使正极材料的循环使用寿命大大延长的目的，实现了通过简化生产工序，来大大降低正极材料生产成本，制备方法简单，从而对钠离子电池正极材料的大批量生产十分有益。
附图说明
[0021]图1为本专利技术制备方法的流程图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
[0023]请参阅图1，本专利技术实施例提供五种技术方案：一种钠离子电池锰基三元正极材料
及制备方法，具体包括以下实施例：
[0024]实施例1
[0025]一种钠离子电池锰基三元正极材料，其原料按重量百分比包括：Na44％、Mn15％、Ca7％、Cu7％、Fe15％、Zr3％、Hf3％、Ta3％和W3％。
[0026]本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池锰基三元正极材料，其特征在于：其原料按重量百分比包括：Na30
‑
50％、Mn10
‑
20％、Ca5
‑
10％、Cu5
‑
10％、Fe10
‑
20％、Zr1
‑
5％、Hf1
‑
5％、Ta1
‑
5％和W1
‑
5％。2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池锰基三元正极材料，其特征在于：其原料按重量百分比包括：Na44％、Mn15％、Ca7％、Cu7％、Fe15％、Zr3％、Hf3％、Ta3％和W3％。3.根据权利要求1所述的一种钠离子电池锰基三元正极材料，其特征在于：其原料按重量百分比包括：Na46％、Mn20％、Ca10％、Cu5％、Fe15％、Zr1％、Hf1％、Ta1％和W1％。4.根据权利要求1所述的一种钠离子电池锰基三元正极材料，其特征在于：其原料按重量百分比包括：Na30％、Mn10％、Ca10％、Cu10％、Fe20％、Zr5％、Hf5％、Ta5％和W5％。5.一种制备权利要求1所述的钠离子电池锰基三元正极材料的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1、按所需重量百分比取钠源、锰源、钙源、铜源、铁源、锆源、铪源、钽源和钨源依次加入到混合搅拌设备中，再加入5
‑
10g的分散剂后，启动混合设备以转速为500
‑
600r/min的条件下...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彬，沈鑫，
申请(专利权)人：浙江德创钠电新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：