一种降低钠离子电池层状氧化物正极材料表面残碱的方法、正极片及其应用技术

本发明专利技术涉及一种降低钠离子电池正极材料表面残碱的方法、正极片及其应用。所述降低钠离子电池正极材料表面残碱的方法包括以下步骤：将经过一次烧结所得的钠离子电池层状氧化物正极材料，置于耐腐蚀加热器中，在50～70℃恒定温度下持续通入HCl气体后，所述正极材料表面的残碱反应生成氯化钠；将表面生成氯化钠的正极材料转移至气氛烧结装置中进行二次烧结处理，即通入惰性气体N2，在惰性气体氛围下保温一段时间后，去除所述氯化钠，冷却得到低表面残碱量的层状氧化物正极材料。通过气氛调控和二次烧结的方法，从根本上解决了层状氧化物正极材料一烧产物残碱量过高的问题。物正极材料一烧产物残碱量过高的问题。物正极材料一烧产物残碱量过高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种降低钠离子电池层状氧化物正极材料表面残碱的方法、正极片及其应用


[0001]本专利技术涉及电池正极材料
，尤其是指一种降低钠离子电池层状氧化物正极材料表面残碱的方法、正极片及其应用。

技术介绍

[0002]钠离子电池层状氧化物正极材料因其具有周期性结构、制备方法简单、比容量和电压较高，成为当前钠离子电池产业化研究中最主流的材料。然而，该材料在制备过程中需要严格控制环境条件，否则极易产生表面残碱，影响材料的后续加工和电化学性能。此外，残碱也会和电解液发生反应，生成气体导致电池胀气，影响安全性能。
[0003]目前，降低钠离子电池层状氧化物正极材料表面残碱的手段和锂电三元材料类似：(1)在层状氧化物混料烧结过程中，降低钠盐比例，调整烧结温度和时间，降低材料表面钠含量，进而达到降低材料表面残碱含量的目的。但是，降低钠盐的配比会导致材料容量下降。(2)将材料进行水洗，然后再进行二次烧结。然而，在水洗过程中容易造成层状氧化物材料晶格中的Na
+
溶出，破坏材料的表相结构，也会影响材料的电化学性能。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种降低钠离子电池层状氧化物正极材料残碱含量的方法、正极片及其应用。本专利技术通过气氛调控和二次烧结的方法，从根本上解决了层状氧化物正极材料一烧产物残碱量过高的问题。在降低材料残碱量的过程中，既不会破坏材料的表相结构，也不会影响材料的容量，提高了材料的加工性能和电化学性能。
[0005]本专利技术的第一个目的在于提供一种降低钠离子电池层状氧化物正极材料表面残碱的方法，包括以下步骤：
[0006]将经过一次烧结所得的钠离子电池层状氧化物正极材料，置于耐腐蚀加热器中，在50～70℃恒定温度下持续通入HCl气体后，所述正极材料表面的残碱反应生成氯化钠；将表面生成氯化钠的正极材料转移至气氛烧结装置中进行二次烧结处理，即通入惰性气体N2，在惰性气体氛围下保温一段时间后，去除所述氯化钠，冷却得到低表面残碱量的钠离子电池层状氧化物正极材料。
[0007]在本专利技术的一个实施例中，将经过一次烧结所得的钠离子电池层状氧化物正极材料的步骤中，所述钠离子电池层状氧化物正极材料为Na
x
Ni
i
Fe
j
Mn
k
M
m
O2，所述i，j，k，m分别为对应元素所占的摩尔比，且满足0<i≤0.4，0<j≤0.5，0<k≤0.6，0<m≤0.2，i+j+k+m＝1，0.6<x≤1；M为Li
+
、B
3+
、Mg
2+
、Al
3+
、K
+
、Ca
2+
、Co
3+
、V
3+
、V
4+
、Cr
3+
、Cu
2+
、Zn
2+
、Zr
4+
、Nb
5+
和Sn
4+
中的一种或多种。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，所述钠离子电池层状氧化物正极材料的原料包括Ni
i
Fe
j
Mn
k
M
m
(OH)2前驱体和钠源。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，所述钠源为碳酸钠、氢氧化钠、乙酸钠、草酸钠、硝酸钠
的一种或多种。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述钠源中的钠与Ni
i
Fe
j
Mn
k
M
m
(OH)2前驱体之间的摩尔比为1～1.15:1。
[0011]所述耐腐蚀加热器和气氛烧结装置均具有进气口和排气口，在通入气体时，需保持耐腐蚀加热器和气氛烧结装置内气压为0psi。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述高温固相烧结的温度为750～1100℃，烧结时间为4～20h，升温速率为1～10℃/min。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述恒温温度为50～70℃。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，通入耐腐蚀加热器中HCl气体的气流量和时间满足：Q
·
t＝(0.3～1)
·
T；
[0015]其中，Q为HCl气体的气流量，单位为mL/min；
[0016]t为持续通入HCl气体的时间，单位为min；
[0017]T为钠离子电池层状氧化物正极材料的质量，单位为g。
[0018]进一步地，所述Q优选：10mL/min≤Q≤50mL/min。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述第一次烧结条件：烧结温度为750～1100℃，烧结时间为4～20h，升温速率为1～10℃/min；和/或，所述二次烧结条件：烧结温度为800～1000℃，惰性气体N2的气流量为10
‑
30mL/min，保温时间为1～3h。
[0020]本专利技术的第二个目的在于提供一种正极片，包括低表面残碱量的钠离子电池层状氧化物正极材料，所述低表面残碱量的钠离子电池层状氧化物正极材料经过上述的方法制备得到。
[0021]本专利技术的第三个目的在于提供一种钠离子电池，包括上述的正极片。
[0022]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0023]本专利技术在一次烧结完成后通入HCl气体可以与钠离子电池层状氧化物正极材料表面残碱反应，形成NaCl，再在N2气氛下加热二烧，使得NaCl达到熔点以气态形式排出，达到降低材料表面残碱的效果。
[0024]本专利技术提供的降低钠离子电池层状氧化物正极材料表面残碱的方法具有以下优点：1.该方法区别于常见的水洗、二烧去残碱的方法，材料中的Na
+
不会因水洗和水发生质子化反应，导致钠离子脱出，进而使材料表面结构被破坏。使用本专利技术提供的钠离子电池层状氧化物正极材料去残碱方法，在去残碱过程中，材料的表面结构维持稳定，不会影响材料电化学性能；2.使用本专利技术所提供的去残碱方法，正极材料的残碱量和pH值显著降低，即能够降低材料在匀浆过程中的加工难度，也能防止残碱与电解液直接接触而发生副反应。3.使用本专利技术提供的方法去除残碱后，提高了材料表面与电解液接触界面的离子导电性，对材料的倍率性能也有明显的改善效果。
附图说明
[0025]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中，
[0026]图1是本专利技术实施例1和对比例1浆料加工的粘度反弹数据。
具体实施方式
[0027]为了解决
技术介绍
中指出的技术问题，本专利技术提出了一种降低钠离子电池层状氧化物正极材料表面残碱的方法，包括以下步骤：
[0028]本专利技术的第一个目的在于提供一种降低钠离子电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低钠离子电池层状氧化物正极材料表面残碱的方法，其特征在于，包括以下步骤：将经过一次烧结所得的钠离子电池层状氧化物正极材料，置于耐腐蚀加热器中，在50～70℃恒定温度下持续通入HCl气体后，所述正极材料表面的残碱反应生成氯化钠；将表面生成氯化钠的正极材料转移至气氛烧结装置中进行二次烧结处理，即通入惰性气体N2，在惰性气体氛围下保温一段时间后，去除所述氯化钠，冷却得到低表面残碱量的钠离子电池层状氧化物正极材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将经过一次烧结所得的钠离子电池层状氧化物正极材料的步骤中，所述钠离子电池层状氧化物正极材料为Na
x
Ni
i
Fe
j
Mn
k
M
m
O2，所述i，j，k，m分别为对应元素所占的摩尔比，且满足0<i≤0.4，0<j≤0.5，0<k≤0.6，0<m≤0.2，i+j+k+m＝1，0.6<x≤1；M为Li
+
、B
3+
、Mg
2+
、Al
3+
、K
+
、Ca
2+
、Co
3+
、V
3+
、V
4+
、Cr
3+
、Cu
2+
、Zn
2+
、Zr
4+
、Nb
5+
和Sn
4+
中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈以蒙，江柯成，张业琼，蒋绮雯，王翔翔，
申请(专利权)人：江苏正力新能电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：