钠离子电池正极材料前驱体及其制备方法、钠离子电池正极材料、钠离子电池和涉电设备技术

本申请提供一种钠离子电池正极材料前驱体及其制备方法、钠离子电池正极材料、钠离子电池和涉电设备。钠离子电池正极材料前驱体包括多个二次颗粒，构成所述二次颗粒的生长方向一致性系数U满足：U≥75％，U＝(360

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池正极材料前驱体及其制备方法、钠离子电池正极材料、钠离子电池和涉电设备


[0001]本申请涉及钠离子电池领域，尤其涉及一种钠离子电池正极材料前驱体及其制备方法、钠离子电池正极材料、钠离子电池和涉电设备。

技术介绍

[0002]锂资源缺乏和高成本的问题使得锂离子电池在大规模储能领域的应用受到制约。钠离子电池与锂离子电池具有相同工作原理和相似电池部件，具有良好的产业基础和显著的成本优势，在新型储能和低速交通领域中具有广阔的应用空间。目前，正极材料是制约钠离子电池性能发挥的决定性因素。钠离子电池正极材料中的层状过渡金属氧化物是一类比容量较高，稳定性较好、制作方法简单的钠离子电池正极材料，但该类材料的商业化仍然受到低能量密度和相对较差的循环寿命、倍率性能较差等问题的阻碍。
[0003]对于层状氧化物正极材料，前驱体的物化指标及形貌结构特征直接影响正极材料的性能。因此，对于钠离子电池正极材料，常要求其前驱体具有合适的物化指标和形貌结构特征，来提高正极材料中钠离子的脱嵌速率及缩短钠离子的传输路径，保障钠离子电池的倍率性能和容量。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种钠离子电池正极材料前驱体及其制备方法、钠离子电池正极材料、钠离子电池和涉电设备，以解决上述问题。
[0005]为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
[0006]一种钠离子电池正极材料前驱体，所述钠离子电池正极材料前驱体包括多个二次颗粒；构成所述二次颗粒的一次颗粒的生长方向一致性系数U满足：U≥75％，U＝(360
‑
α)/360*100％；
[0007]其中，α为所有不满足规定条件的圆心角的角度加和数；所述圆心角为所述二次颗粒的剖面中，以所述二次颗粒的剖面圆心为顶点的圆心角；所述规定条件为：所述剖面中，在所述圆心角所对应的扇形区域的外层，所述一次颗粒沿所述剖面的直径方向插层生长。
[0008]优选地，所述钠离子电池正极材料前驱体满足以下条件中的一个或多个：
[0009]A.所述一次颗粒的生长方向一致性系数U满足：U≥85％；
[0010]B.所述一次颗粒呈薄片状，所述一次颗粒的平均厚度为0.05
‑
0.14μm；
[0011]C.所述二次颗粒的平均孔径为13
‑
15.5nm，平均孔容为0.042
‑
0.065cm3/g。
[0012]优选地，所述钠离子电池正极材料前驱体满足以下条件中的一个或多个：
[0013]D.所述前驱体的粒径D50为9.5
‑
18μm；
[0014]E.所述前驱体的振实密度TD不小于1.8g/cm3；
[0015]F.所述前驱体的比表面积BET为12
‑
22m2/g；
[0016]G.所述前驱体的粒径分布Span为0.3
‑
0.6；
[0017]H.所述前驱体的半峰宽FWHM(100)为0.38
‑
0.58
°
；
[0018]优选地，所述钠离子电池正极材料前驱体的化学式为Ni
x
Mn
y
Fe1‑
x
‑
y
‑
z
Me
z
(OH)2，其中，0.15≤x≤0.4，0.2≤y≤0.5，0≤z≤0.04；Me选自Zn、Ti、Mg、Al、Zr、Ca中的一种或多种。
[0019]本申请还提供一种钠离子电池正极材料前驱体的制备方法，包括：
[0020]将包括络合剂、沉淀剂和水在内的物料混合得到底液；
[0021]将目标混合金属盐溶液、所述沉淀剂和所述络合剂并流加入所述底液中，在惰性气体氛围下，控制反应体系pH值、反应搅拌速率和所述目标混合金属盐溶液的流速，进行共沉淀反应得到所述钠离子电池正极材料前驱体；
[0022]进行所述共沉淀反应的过程中连续排出母液。
[0023]优选地，所述钠离子电池正极材料前驱体的制备方法，满足以下条件中的一个或多个：
[0024]a.所述反应体系的pH值为10
‑
11；
[0025]b.进行所述共沉淀反应的过程中，每隔4
‑
8h降低所述搅拌速率10
‑
100r/min/次，直至降低至最低搅拌速率；优选地，所述最低搅拌速率设定原则为：D50≤11μm时，所述最低搅拌速率为120r/min；11μm≤D50≤13μm时，所述最低搅拌速率为110r/min；13μm≤D50≤15μm时，所述最低搅拌速率为100r/min；15μm≤D50≤18μm时，所述最低搅拌速率为90r/min；
[0026]c.进行所述共沉淀反应的过程中，反应所得颗粒物的粒径D50每增大2
‑
4μm则增大一次所述目标混合金属盐溶液的流速，所述目标混合金属盐溶液流速的升幅为前一次的1.5
‑
3倍，直至增大至最大流速；所述最大流速不高于反应容器可用容积的8％/h。
[0027]优选地，所述钠离子电池正极材料前驱体的制备方法，满足以下条件中的一个或多个：
[0028]d.所述目标混合金属盐溶液包括镍盐、锰盐、亚铁盐和Me盐；Me选自Zn、Ti、Mg、Al、Zr、Ca中的一种或多种；
[0029]e.所述共沉淀反应结束后还包括：固液分离得到固体物，然后进行碱洗、水洗、干燥，得到所述钠离子电池正极材料前驱体。
[0030]本申请还提供一种钠离子电池正极材料，其原料包括所述的钠离子电池正极材料前驱体。
[0031]本申请还提供一种钠离子电池正极材料的制备方法，包括：
[0032]将钠离子电池正极材料前驱体和钠源混合，煅烧得到所述钠离子电池正极材料。
[0033]优选地，所述钠离子电池正极材料的制备方法满足以下条件中的一个或多个：
[0034]f.以2
‑
4℃/min的升温速率升至780
‑
880℃进行所述煅烧10
‑
20h；
[0035]g.所述钠离子电池正极材料前驱体中所有金属元素摩尔量之和与所述钠源中的钠的摩尔量之比为1：(1.02
‑
1.07)。
[0036]本申请还提供一种钠离子电池，其原料包括所述的钠离子电池正极材料。
[0037]本申请还提供一种涉电设备，包括所述的钠离子电池。
[0038]与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
[0039]本申请提供的钠离子电池正极材料前驱体，包括由多个二次颗粒，构成二次颗粒的一次颗粒沿二次颗粒的直径方向插层生长且生长方向一致性高，利于钠离子的传输和脱嵌从而提升相应正极材料制备的钠离子电池的倍率性能。
[0040]本申请提供的钠离子电池正极材料、钠离子电池和涉电设备，电性能优异。
[0041]本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池正极材料前驱体，其特征在于，所述钠离子电池正极材料前驱体包括多个二次颗粒，构成所述二次颗粒的一次颗粒的生长方向一致性系数U满足：U≥75％，U＝(360
‑
α)/360*100％；其中，α为所有不满足规定条件的圆心角的角度加和数；所述圆心角为所述二次颗粒的剖面中，以所述二次颗粒的剖面圆心为顶点的圆心角；所述规定条件为：所述剖面中，在所述圆心角所对应的扇形区域的外层，所述一次颗粒沿所述剖面的直径方向插层生长。2.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料前驱体，其特征在于，满足以下条件中的一个或多个：A.所述一次颗粒的生长方向一致性系数U满足：U≥85％；B.所述一次颗粒呈薄片状，所述一次颗粒的平均厚度为0.05
‑
0.14μm；C.所述二次颗粒的平均孔径为13
‑
15.5nm，平均孔容为0.042
‑
0.065cm3/g。3.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料前驱体，其特征在于，满足以下条件中的一个或多个：D.所述前驱体的粒径D50为9.5
‑
18μm；E.所述前驱体的振实密度TD不小于1.8g/cm3；F.所述前驱体的比表面积BET为12
‑
22m2/g；G.所述前驱体的粒径分布Span为0.3
‑
0.6；H.所述前驱体的半峰宽FWHM(100)为0.38
‑
0.58
°
。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的钠离子电池正极材料前驱体，其特征在于，所述钠离子电池正极材料前驱体的化学式为Ni
x
Mn
y
Fe1‑
x
‑
y
‑
z
Me
z
(OH)2，其中，0.15≤x≤0.4，0.2≤y≤0.5，0≤z≤0.04；Me选自Zn、Ti、Mg、Al、Zr、Ca中的一种或多种。5.一种钠离子电池正极材料前驱体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李唯，张雨英，包满飞，黎伟德，訚硕，谭仕荣，
申请(专利权)人：湖南中伟新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：