一种碱浸制备钠电正极材料的方法技术

本发明专利技术提供一种碱浸制备钠电正极材料的方法，包括如下步骤：S1：将钠源、铁源、磷源、添加剂加入到去离子水中，研磨至粒度D50范围为50~200 nm，喷雾干燥，350~550下煅烧，得到前驱体，添加剂的加入质量为钠源、铁源和磷源质量总和的0.1%~1%，添加剂为氧化铝、氧化锌、偏铝酸钠、锌酸钠、硝酸铝、硝酸锌、磷酸铝、磷酸锌、金属铝、金属锌中的至少一种，钠源、铁源和磷源中钠元素：铁元素：磷元素的摩尔比为（1.01~1.1）：0.75：（1.01~1.1）；S2：将前驱体与溶液浓度为200~500 g/L的氢氧化钠溶液混合研磨至粒度D50范围为50~200 nm，将研磨后溶液加热至60

【技术实现步骤摘要】
一种碱浸制备钠电正极材料的方法


[0001]本专利技术属于新能源电池正极材料
，具体涉及一种结构改性钠离子电池正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]钠离子电池相对于锂离子电池具有成本低、循环寿命长、低温性能好等优点，因而被广泛研究。钠离子电池主要有三类：层状氧化物类、普鲁士蓝类和聚阴离子类。层状氧化物的比容量大，但是成本高、循环性能较差；普鲁士蓝类的成本低，但其成分有毒，且结晶水难控制；聚阴离子类成本低、热稳定性好、循环寿命长，但其导电性差、离子迁移速率慢。在储能和小动力领域，安全性和经济性是需要考虑的首要因素，故聚阴离子类钠离子电池在该领域具有极大的应用潜力，但是其结构稳定，导致材料中钠离子的迁移速率低，因此，如何提高钠离子的迁移速率是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]为此，本专利技术提供一种碱浸制备钠电正极材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将钠源、铁源、磷源、添加剂加入到去离子水中，研磨至粒度D50范围为50~200 nm，喷雾干燥，350~550 ℃下煅烧，得到前驱体，所述添加剂的加入质量为所述钠源、所述铁源和所述磷源质量总和的0.1%~1%，所述添加剂为氧化铝、氧化锌、偏铝酸钠、锌酸钠、硝酸铝、硝酸锌、磷酸铝、磷酸锌、金属铝、金属锌中的至少一种，所述钠源、所述铁源和所述磷源中钠元素：铁元素：磷元素的摩尔比为（1.01~1.1）：0.75：（1.01~1.1）；S2：将前驱体与溶液浓度为200~500 g/L的氢氧化钠溶液混合研磨至粒度D50范围为50~200 nm，将研磨后溶液加热至60
‑
95 ℃充分反应1
‑
5 h，反应结束后洗涤、过滤，将滤饼、碳源和去离子水混合后充分研磨，之后喷雾干燥，450~750 ℃下煅烧，得到钠电正极材料。
[0004]优选地，所述氢氧化钠溶液加入质量为所述前驱体的1~9倍。
[0005]优选地，所述钠源为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、磷酸三钠、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠中的至少一种。
[0006]优选地，所述铁源为硝酸亚铁、硝酸铁、铁红、草酸亚铁、磷酸铁中的至少一种。
[0007]优选地，所述磷源为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸一氢铵、磷酸铵、磷酸二氢钠、磷酸一氢钠、磷酸钠、磷酸铁中的至少一种。
[0008]优选地，所述步骤S1和S2中，粒度D50范围为110~180 nm。
[0009]本专利技术通过强碱溶解前驱体结构中的铝/锌离子，破坏晶格内部结构，制造空位，减少钠离子迁移的阻力。具体地，在制备前驱体时提前掺入铝、锌等可溶于碱性溶液的物质，替换材料晶体结构中的金属位点，之后在碱性溶液中将铝、锌离子浸出，便在材料中制造了空位，降低了材料中钠离子的迁移阻力，提高了迁移速率。
附图说明
[0010]图1为实施例1的钠电正极材料的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
[0011]下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0012]实施例1
[0013]S1：称取碳酸钠21.2 g、草酸亚铁54.0 g、磷酸二氢铵46.0 g加入到500 mL去离子水中，然后加入1.0 g偏铝酸钠，高速研磨至粒度为D50=156 nm；喷雾干燥后，400 ℃煅烧得到前驱体。
[0014]S2：将前驱体与200 mL，浓度为200 g/L的氢氧化钠溶液混合研磨至粒度为D50=172 nm，将研磨后溶液加热至60 ℃反应2 h，反应结束后洗涤、过滤，将滤饼、6 g蔗糖和500 mL去离子水混合后充分研磨，之后喷雾干燥，在氮气分为下于500 ℃煅烧12 h，得到结构改善后的钠离子正极材料。SEM如图1所示，得到的钠离子正极材料颗粒较均匀且为球形结构。
[0015]扣式电池的组装及测试将正极活性材料、乙炔黑、粘结剂按照重量比为7:2:1的比例与溶剂混合均匀制备得到正极浆料，之后将其均匀的涂覆在铝箔上，经过烘干，辊压、切片得到正极极片；然后以金属钠片为负极，以聚丙烯膜作为隔膜；将正极片、负极极片和隔膜装入扣式电池壳中，注入电解液,其中电解质NaPF6浓度为1 M，溶剂为EC、DEC和FEC（vol=9:9:2），压制后得钠离子扣式半电池，放置12 h后进行测试。
[0016]对上述扣式半电池采用循环伏安法（CV）进行测试并对其电化学性能进行测试。测试结果表明：所得样品的比容量为95 mAh/g，正极脱钠氧化过程的扩散速率为3.4
×
10
‑
8 cm2/s
−1，正极嵌钠过程的扩散速率为1.5
×
10
‑
8 cm2/s
−1。
[0017]实施例2
[0018]S1：称取碳酸钠21.2 g、硝酸亚铁67.0 g、磷酸一氢铵52.8 g加入到500 mL去离子水中，然后加入0.7 g氧化铝，高速研磨至粒度为D50=180 nm；喷雾干燥后，350 ℃煅烧后得到前驱体。
[0019]S2：将前驱体与200 mL，浓度为250 g/L的氢氧化钠溶液混合研磨至粒度为D50=180 nm，将研磨后溶液加热至60 ℃反应1 h，反应结束后洗涤、过滤，将滤饼、6 g蔗糖和500 mL去离子水混合后充分研磨，之后喷雾干燥，在氮气分为下于500 ℃煅烧12 h，得到结构改善后的钠离子正极材料。
[0020]扣式电池的组装及测试将正极活性材料、乙炔黑、粘结剂按照重量比为7:2:1的比例与溶剂混合均匀制备得到正极浆料，之后将其均匀的涂覆在铝箔上，经过烘干，辊压、切片得到正极极片；然后以金属钠片为负极，以聚丙烯膜作为隔膜；将正极片、负极极片和隔膜装入扣式电池壳中，注入电解液,其中电解质NaPF6浓度为1 M，溶剂为EC、DEC和FEC（vol=9:9:2），压制后得钠离子扣式半电池，放置12 h后进行测试。
[0021]对上述扣式半电池采用循环伏安法（CV）进行测试并对其电化学性能进行测试。测
试结果表明：所得样品的比容量为90 mAh/g，正极脱钠氧化过程的扩散速率为9.2
×
10
‑
9 cm2/s
−1，正极嵌钠过程的扩散速率为7.6
×
10
‑
9 cm2/s
−1。
[0022]实施例3
[0023]S1：称取碳酸氢钠33.6 g、硝酸亚铁67.5 g、磷酸二氢铵46.0 g加入到500 mL去离子水中，然后加入1.2 g锌酸钠，高速研磨至粒度为D50=110 nm；喷雾干燥后，550 ℃煅烧后得到前驱体。
[0024]S2：将前驱体与200 mL，浓度为500 g/L的氢氧化钠溶液混合研磨至粒度为D50=149 nm，将研磨后溶液加热至95 ℃反应3 h，反应结束后洗涤、过滤，将滤饼、6 g蔗糖和500 mL去离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱浸制备钠电正极材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将钠源、铁源、磷源、添加剂加入到去离子水中，研磨至粒度D50范围为50~200 nm，喷雾干燥，350~550 ℃下煅烧，得到前驱体，所述添加剂的加入质量为所述钠源、所述铁源和所述磷源质量总和的0.1%~1%，所述添加剂为氧化铝、氧化锌、偏铝酸钠、锌酸钠、硝酸铝、硝酸锌、磷酸铝、磷酸锌、金属铝、金属锌中的至少一种，所述钠源、所述铁源和所述磷源中钠元素：铁元素：磷元素的摩尔比为（1.01~1.1）：0.75：（1.01~1.1）；S2：将前驱体与溶液浓度为200~500 g/L的氢氧化钠溶液混合研磨至粒度D50范围为50~200 nm，将研磨后溶液加热至60
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95 ℃充分反应1
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【专利技术属性】
技术研发人员：范浩，何桂和，岳海峰，王曼，王杰，郭欢，
申请(专利权)人：锂源深圳科学研究有限公司，
类型：发明
国别省市：