一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。本发明专利技术通过碳酸钠饱和溶液多次与前驱体浸润，使碳酸钠嵌入到前驱体缝隙中和前驱体颗粒间隙中，烧结过程中碳酸钠与前驱体融合更充分，正极材料材料表面材料更少，更稳定。重复浸润的次数会影响氢氧化物中钠元素的含量，重复次数少，氢氧化物中钠含量低，烧结后样品容量发挥低，重复次数多，氢氧化物中钠含量高，烧结后样品容量发挥偏低且材料残碱量高。量高。量高。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，具体涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，钠离子电池因其优异的电气性能、安全性能、钠资源丰富、成本等优势，受到社会广泛关注和研究。氧化物正极材料作为钠离子电池核心材料，被认为是最具有产业化潜力的正极材料之一。氧化物正极材料通常由金属氢氧化物前驱体与碳酸钠经高速搅拌混合，然后高温烧结获得。氢氧化物前驱体与碳酸钠混合效果对正极材料性能影响很大，烧结后正极材料一致性差，不稳定，表面残碱量高匀浆易凝胶、正极容量低。为获得具有良好加工性能的正极材料，通常采用掺杂包覆，同时还要匹配多次烧结工艺，增加了能耗。
[0003]比如，公开号为CN113644268A的中国专利技术申请公开了一种钠离子电池层状正极材料及其制备：将钠源材料与M源材料在惰性气体保护下进行球磨混合形成粉末，高温煅烧形成Na
x
MO2层状材料之后研磨成复合粉末，将复合粉末与掺杂包覆盐溶液在加热状态下搅拌混合直至溶剂完全挥发得到包覆掺杂粉末，再次煅烧所得包覆掺杂粉末并冷却后即得钠离子电池层状正极材料。
[0004]也有通过金属蚀刻法，由金属单质与钠盐溶液直接混合，但需要蚀刻剂和络合剂等来帮助金属单质与钠盐之间的结合。比如，公开号为CN115863593A的中国专利技术申请公开了一种钠离子正极材料、制备方法、正极与电池，该正极材料的通式为Na
x
MeO2，其中，Me为Fe、Ni、Mn、Co、Cu、Ti、Mg、A1金属中的一种或多种，x为1.02～1.20；正极材料采用金属蚀刻法，通过金属微粉与钠离子饱和溶液进行制备，通过金属微粉与钠离子饱和溶液进行制备，包括如下步骤：(1)在反应容器中加入水及含钠电解质，搅拌均匀，得到底液A，即，钠离子饱和溶液；(2)将蚀刻剂和络合剂按一定的摩尔比例分多次加入所述步骤(1)的底液A中，搅拌均匀，得到溶液B；(3)将金属微粉分两步加入所述步骤(2)的溶液B中进行反应，反应结束后将反应液浓缩、陈化、离心、干燥，得到钠离子正极材料前驱体C；(4)将钠离子正极材料前驱体C、钠盐和添加剂混合后烧结，得到钠离子正极材料。
[0005]因此，开发出简洁易操作，对前驱体要求低，能耗低的且有良好性能的正极材料具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。
[0007]一种钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将钠盐溶于水中制备成钠盐饱和溶液；
[0009](2)将金属氢氧化物前驱体浸润分散在步骤(1)所述钠盐饱和溶液中，过滤收集固体物质，烘干获得混合的前驱体，
[0010]所述金属氢氧化物前驱体为Ni
x
Fe
y
Mn
(1
‑
x
‑
y)
(OH)2，其中0＜x＜1，0＜y＜1；
[0011](3)对混合的前驱体重复进行步骤(2)的处理，直到最终混合的前驱体中Na元素与金属氢氧化物中金属元素的摩尔比为0.95～1∶1；
[0012](4)将最终混合的前驱体在有氧气氛中进行煅烧获得所述钠离子电池正极材料。
[0013]优选的，金属氢氧化物前驱体为Ni
x
Fe
y
Mn(1‑
x
‑
y)
(OH)2，其中1/4＜x＜1/3，1/3＜y＜2/5。
[0014]最终的产物钠离子电池正极材料中，Ni、Fe、Mn在最终产物中的价态平均来说，Ni约为+2价，Fe约为+3价，Mn约为+4价，Ni以2价为主，Mn 3价和4价都有，Fe基本上是3价，也有少量2价。并且，在煅烧过程中，也有少量的Na可能形成残碱而无法融入进去。
[0015]优选的，所述钠盐为以下至少一种：碳酸钠、乙酸钠、草酸钠、硬脂酸钠。
[0016]优选的，所述金属氢氧化物前驱体的制备方法包括以下步骤：
[0017](a)根据金属离子的摩尔比要求将硫酸镍、硫酸亚铁、硫酸锰溶于去离子水，配置金属离子溶液；将NaOH或KOH溶于去离子水，配置成碱性溶液；氨水作为络合剂；
[0018](b)将金属离子溶液、碱性溶液、络合剂在惰性气氛保护下混合共沉淀，将沉淀过滤、洗涤、烘干获得所述金属氢氧化物前驱体。
[0019]优选的，金属离子溶液的浓度为1.8～2.5mol/L；碱性溶液的浓度为3.6～4mol/L，络合剂的浓度为1～2mol/L；混合共沉淀时温度为30～50℃。
[0020]优选的，钠盐饱和溶液的温度保持在35～40℃。
[0021]优选的，煅烧时先在500～600℃下保温3～5h，再在850～950℃下保温10～24h。煅烧时升温速率为5℃/min。煅烧时有氧气氛为空气或氧气。
[0022]本专利技术又提供了所述制备方法制备的钠离子电池正极材料。
[0023]本专利技术还提供了所述钠离子电池正极材料在制备钠离子电池中的应用。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025]通过碳酸钠饱和溶液多次与前驱体浸润，使碳酸钠嵌入到前驱体缝隙中和前驱体颗粒间隙中，烧结过程中碳酸钠与前驱体融合更充分，正极材料材料表面材料更少，更稳定。
[0026]重复浸润的次数会影响氢氧化物中钠元素的含量，重复次数少，氢氧化物中钠含量低，烧结后样品容量发挥低，重复次数多，氢氧化物中钠含量高，烧结后样品容量发挥偏低且材料残碱量高。
附图说明
[0027]图1为实施例1制备的产品的首次充放电检测结果图。
[0028]图2为实施例2制备的产品的首次充放电检测结果图。
[0029]图3为实施例3制备的产品的首次充放电检测结果图。
[0030]图4为对比例1制备的产品的首次充放电检测结果图。
[0031]图5为对比例2制备的产品的首次充放电检测结果图。
[0032]图6为对比例3制备的产品的首次充放电检测结果图。
[0033]图7为实施例1、2、3和对比例1、2、3制备产品的扣电循环测试图。
具体实施方式
[0034]金属氢氧化物前驱体的制备方法：
[0035]硫酸镍、硫酸亚铁、硫酸锰溶于去离子水，配置所需的金属离子溶液1.8～2.5mol/L。NaOH(或KOH)溶于去离子水，配置成碱性溶液3.6～4mol/L，氨水1～2mol/L作为络合剂。将金属离子溶液、碱性溶液、络合剂在30～50℃温度下，在惰性气体保护和搅拌条件下加入反应釜中，共沉淀形成金属氢氧化物，经过滤洗涤烘干得到金属氢氧化物前驱体Ni
x
Fe
y
Mn
(1
‑
x
‑
y)
(OH)2，其中0＜x＜1，0＜y＜1。
[0036]实施例1<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，包括以下步骤：(1)将钠盐溶于水中制备成钠盐饱和溶液；(2)将金属氢氧化物前驱体浸润分散在步骤(1)所述钠盐饱和溶液中，过滤收集固体物质，烘干获得混合的前驱体，所述金属氢氧化物前驱体为Ni
x
Fe
y
Mn
(1
‑
x
‑
y)
(OH)2，其中0＜x＜1，0＜y＜1；(3)对混合的前驱体重复进行步骤(2)的处理，直到最终混合的前驱体中Na元素与金属氢氧化物中金属元素的摩尔比为0.95～1∶1；(4)将最终混合的前驱体在有氧气氛中进行煅烧获得所述钠离子电池正极材料。2.根据权利要求1所述钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述钠盐为以下至少一种：碳酸钠、乙酸钠、草酸钠、硬脂酸钠。3.根据权利要求1所述钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述金属氢氧化物前驱体的制备方法包括以下步骤：(a)根据金属离子的摩尔比要求将硫酸镍、硫酸亚铁、硫酸锰溶于去离子水，配置金属离子溶液；...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚秋实，何广，张欢，周贤机，纪明聪，钱馨，徐昉，
申请(专利权)人：浙江鑫钠新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：