一种喷淋-熔渗技术实现焦磷酸盐包覆镍铁锰酸钠正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于钠离子电池材料技术领域，公开了一种喷淋

【技术实现步骤摘要】
一种喷淋
‑
熔渗技术实现焦磷酸盐包覆镍铁锰酸钠正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于钠离子电池材料
，具体涉及一种喷淋
‑
熔渗技术实现焦磷酸盐包覆镍铁锰酸钠正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]钠离子电池由于成本低、储量丰富，储能机理与锂离子电池相似，与锰酸锂一样，锰酸钠也具有稳定性好、比容量高、成本低廉等性能优势，锰酸钠材料是目前钠离子电池中研究最多的正极材料，对于锰酸钠的相关改性方法也有很多，比如金属离子掺杂制备出的二元、三元或多元锰基正极材料，这类改性后的材料具有更高的比容量和更优异的倍率性能，是未来锰酸钠材料性能提升的主要方法，其中镍铁锰酸钠作为一种新型钠电三元材料表现出优异的电化学性能，但是要实现高可逆容量和高比容仍然需要进一步提升，因此，对其进行表面包覆是一种最常用的性能改进方法，常见的包覆方法有原位包覆法、湿化学法、一步烧结法等方法，这些方法都能够实现包覆物对主体材料的保护，能够有效改善电解液对电极材料的有害腐蚀，但是表面包覆层由于复合在主体材料的表面，在后续电化学循环过程中很容易出现表面层的裸露和包覆层的缺失，探索一种包覆效果较好的复合方法是当下的又一研究难点。
[0003]喷淋
‑
熔渗技术是通过将化合物通过高温转成熔融态，再通过喷淋装置将其转入被包覆物表面，通过这种技术制备的包覆层与主体材料更贴合，包覆更均匀，但是这种技术仍然需要探索很多条件，克服实际操作过程中的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足，提供一种喷淋
‑
熔渗技术实现焦磷酸盐包覆镍铁锰酸钠正极材料及其制备方法。
[0005]为解决镍铁锰酸钠材料在电化学过程中发生的结构坍塌和离子扩散速率较慢的问题，改善材料的循环稳定性和可逆容量，本专利技术提出的技术方案为：一种喷淋
‑
熔渗技术实现焦磷酸盐包覆镍铁锰酸钠正极材料，所述焦磷酸盐包覆镍铁锰酸钠的分子式为M2P2O7@Na
x
Ni
y
Fe
z
Mn1‑
y
‑
z
O2，其中M为Co、Fe、Ni、Cu中的一种；其中x为0.5≤x≤1，y为0≤y≤1/3，z为0≤z≤1/3。
[0006]一种喷淋
‑
熔渗技术实现焦磷酸盐包覆镍铁锰酸钠正极材料制备方法，包括以下步骤：首先通过高温装置将金属磷酸盐转变为熔融态，再经过喷淋装置，将其喷淋至含有二氧化锰，氧化铁和氧化镍的混合物中，在不断搅拌和加压条件下，将金属磷酸盐均匀分布于镍铁锰基氧化物表面。
[0007]将经过喷淋后的镍铁锰基氧化物材料与钠源混合后进行高温烧结，即得焦磷酸盐包覆镍铁锰酸钠正极材料。
[0008]优选地，所述高温装置为电弧高温熔融炉、高温熔融炉中的一种；高温装置的温度范围为900
‑
1300℃。
[0009]优选地，所述金属磷酸盐为磷酸钴、磷酸亚铁、磷酸镍、磷酸铜、磷酸氢镍中的一种或几种。
[0010]优选地，所述喷淋装置的压力为1
‑
2MPa，所述喷淋速率为0.1
‑
0.5L/s。
[0011]优选地，所述金属磷酸盐与镍铁锰基氧化物的摩尔比为（0.01
‑
0.08）：1。
[0012]优选地，所述钠源为碳酸钠、氧化钠、乙酸钠中的一种或几种，所述镍铁锰基氧化物与钠源的摩尔比为1:（1.02
‑
1.06），所述高温烧结温度为900
‑
1200℃，高温烧结时间为10
‑
24h。
[0013]本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术通过喷淋
‑
熔渗技术，成功实现对镍铁锰酸钠表面的包覆，包覆层稳固且包覆完整度较高，能够有效改善镍铁锰酸钠材料的结构稳定性，另外，焦磷酸盐作为包覆层，能够有效缓解电解液的腐蚀和分解；（2）本专利技术的制备工艺简单、流程较短、原料易得，制备过程无有毒有害物质产生，易于实现规模化生产。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施案例1中焦磷酸钴包覆镍铁锰酸钠正极材料的扫描电子显微镜示意图。
实施方式实施例1
[0015]首先设置高温熔融炉温度为1200℃，通过高温熔融炉将磷酸钴转变为熔融态，将熔融态的磷酸钴转入喷淋装置，设置喷淋装置的压力为1.0MPa，喷淋速率为0.2L/s，将其喷淋至摩尔比为1:1:1的二氧化锰、氧化铁和氧化镍混合物中，其中磷酸钴与镍铁锰基氧化物的比例控制在0.05:1（摩尔比）在不断搅拌条件下，最终实现金属磷酸盐均匀分布于镍铁锰基氧化物表面。
[0016]将经过喷淋后的镍铁锰基氧化物材料与氧化钠按摩尔比1:1.03进行混合后进行1200℃高温烧结18h，即得焦磷酸钴包覆镍铁锰酸钠正极材料（如图1所示）。
对比例1
[0017]与实施例1不同的是，磷酸钴盐没有经过熔融化处理，而是直接与前驱体材料进行固相混合，具体实验条件和步骤如下：将摩尔比为0.05:1的磷酸钴与摩尔比为1:1:1的二氧化锰、氧化铁和氧化镍混合物进行机械混合，加入聚乙烯吡咯烷酮作为粘结剂，最终实现金属磷酸盐对镍铁锰基氧化物的表面包覆。
[0018]将经过包覆后的镍铁锰基氧化物材料与氧化钠按摩尔比1:1.03进行混合后进行1200℃高温烧结18h，即得焦磷酸钴包覆镍铁锰酸钠正极材料。
实施例2
[0019]首先设置高温熔融炉温度为1200℃，通过高温熔融炉将磷酸钴转变为熔融态，将熔融态的磷酸钴转入喷淋装置，设置喷淋装置的压力为1.0MPa，喷淋速率为0.1L/s，将其喷淋至摩尔比为1:1:1的二氧化锰、氧化铁和氧化镍混合物中，其中磷酸钴与镍铁锰基氧化物的比例控制在0.05:1（摩尔比）在不断搅拌条件下，最终实现金属磷酸盐均匀分布于镍铁锰基氧化物表面。
[0020]将经过喷淋后的镍铁锰基氧化物材料与氧化钠按摩尔比1:1.03进行混合后进行1200℃高温烧结18h，即得焦磷酸钴包覆镍铁锰酸钠正极材料。
实施例3
[0021]首先设置高温熔融炉温度为1200℃，通过高温熔融炉将磷酸钴转变为熔融态，将熔融态的磷酸钴转入喷淋装置，设置喷淋装置的压力为1.0MPa，喷淋速率为0.3L/s，将其喷淋至摩尔比为1:1:1的二氧化锰、氧化铁和氧化镍混合物中，其中磷酸钴与镍铁锰基氧化物的比例控制在0.05:1（摩尔比）在不断搅拌条件下，最终实现金属磷酸盐均匀分布于镍铁锰基氧化物表面。
[0022]将经过喷淋后的镍铁锰基氧化物与氧化钠按摩尔比1:1.03进行混合后进行1200℃高温烧结18h，即得焦磷酸钴包覆镍铁锰酸钠正极材料。
实施例4
[0023]首先设置高温熔融炉温度为1250℃，通过高温熔融炉将磷酸镍转变为熔融态，将熔融态的磷酸镍转入喷淋装置，设置喷淋装置的压力为1.0MPa，喷淋速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种喷淋
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熔渗技术实现焦磷酸盐包覆镍铁锰酸钠正极材料，其特征在于，所述焦磷酸盐包覆镍铁锰酸钠的分子式为M2P2O7@Na
x
Ni
y
Fe
z
Mn1‑
y
‑
z
O2，其中M为Co、Fe、Ni、Cu中的一种；其中x为0.5≤x≤1，y为0≤y≤1/3，z为0≤z≤1/3。2.一种喷淋
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熔渗技术实现焦磷酸盐包覆镍铁锰酸钠正极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先通过高温装置将金属磷酸盐转变为熔融态，再经过喷淋装置，将其喷淋至含有二氧化锰，氧化铁和氧化镍的混合物中，进行搅拌加压，将金属磷酸盐均匀分布于镍铁锰基氧化物表面；将经过喷淋后的镍铁锰基氧化物材料与钠源混合后进行高温烧结，即得焦磷酸盐包覆镍铁锰酸钠正极材料。3.根据权利要求2所述的一种喷淋
‑
熔渗技术实现焦磷酸盐包覆镍铁锰酸钠正极材料制备方法，其特征在于，所述高温装置为电弧高温熔融炉、高温熔融炉中的一种；高温装置的温度范围为900
‑
1300℃。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：范鑫铭，郭学益，田庆华，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：