一种钠离子正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种钠离子正极材料及其制备方法和应用。本发明专利技术通过选择将特定粒径的第一单晶颗粒和第二单晶颗粒进行混合以制备O3相钠离子正极材料，不仅能够大幅度降低成品材料表面的可溶性碱绝对含量，还能够显著抑制在高压压制条件下材料表面可溶性碱含量的增率，避免因加工过程导致的可溶性碱大幅度增加，提高了材料的可加工性能；同时，第一单晶颗粒和第二单晶颗粒的混合制备进一步提升了材料的压实密度和比表面积，实现更高的能量密度；除此以外，所获得的正极材料的强度和韧性也得到了明显提升，可有效抵抗加工和充放电过程中应力和变形，其在制备正极极片过程中，浆料流动性好，未出现凝胶现象。未出现凝胶现象。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料
，特别涉及一种钠离子正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钠离子电池是一种次世代的可充电电池技术，它以钠离子作为电荷载体来实现电能的存储和释放。与传统的锂离子电池相比，钠离子电池具有较低的成本、更广泛的资源和更高的使用寿命。这使得钠离子电池在能源存储领域具有重要性和广泛应用。它在可再生能源整合、电动交通和储能系统等领域的应用将为实现可持续能源和智能电网做出重要贡献。
[0003]目前，O3相钠离子电池正极材料具有较高的理论比容量，能够存储更多的钠离子，从而具有更高的能量密度，钠离子的嵌入/脱嵌过程中具有较快的反应动力学，能够实现较高的充放电速率。一方面，O3相钠离子电池正极材料在钠离子的嵌入/脱嵌过程中会发生体积的膨胀与收缩，这可能导致电极的颗粒剥落、结构破坏和电解液与电极之间的界面问题；另一方面，钠离子电池正极材料在制备极片过程中，如果颗粒破裂形成新的表面，容易显著增加残碱，严重影响正极材料电化学性能。现有技术中，通过制备低钠含量的P2包覆O3复合相含钠活性氧化物，以提高材料的结构稳定性，但这种方式以牺牲容量为代价，导致无法获得高容量的钠离子电池正极材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于解决现有技术中O3相钠离子正极材料所存在的稳定性差、易产生残碱等技术问题，从而提供了一种钠离子正极材料，通过特定粒径的第一单晶颗粒擦了与第二单晶颗粒材料共同制备钠离子正极材料，可以有效降低材料表面的可溶性碱含量以及后续加工过程中的可溶性碱增率，同时可以改善正极材料的电化学性质，提升使用寿命和安全性。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术是通过如下技术方案得以实现的。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种钠离子正极材料，包含第一单晶颗粒材料和第二单晶颗粒材料，所述第一单晶颗粒材料的平均粒径为5
‑
15μm，振实密度为0.8
‑
2.5g/cm3；所述第二单晶颗粒材料的平均粒径为1
‑
5μm，振实密度为1.0
‑
3.0g/cm3。
[0007]作为优选地，所述第二单晶颗粒材料的平均粒径为2
‑
4μm，振实密度为1.5
‑
3.0g/cm3。
[0008]作为优选地，所述第一单晶颗粒材料与第二单晶颗粒材料的摩尔比为1.5
‑
9：1。
[0009]作为优选地，所述第一单晶颗粒材料与第二单晶颗粒材料的摩尔比为2.3
‑
4：1。
[0010]作为优选地，所述钠离子正极材料的分子式为Na
x
Mn
y
Na
0.67
Mn
0.5
M
1i
M
2j
O2‑
k
‑
β
N
k
，其中M1选自Al、Ti、Fe 、Cr、Mo 、Si、B中的一种或多种，M2为Ni、Mg、Zn 、Co、Cu、Zr、Sr、Nb 的一种或多种，N选自F、Cl、Br中的一种或多种；0＜x≤0.35；0≤y≤0.5；0＜i≤0.5；0≤j＜0.5；
‑
0.01≤β≤0.01,0≤k≤0.05。
[0011]应理解的是，在无特别说明的情况下，本专利技术上下文中所述x、i、j、β、k等代表钠离子正极材料中各元素物质的量的相对比例，例如当x=0.2，y=0.4，i=0.05，j=0.05，β=0，k=0.01时，所述钠离子正极材料的分子式即为Na
0.2
Mn
0.4
Na
0.67
Mn
0.5
M
10.05
M
20.05
O
1.99
N
0.01
。
[0012]作为优选地，所述钠离子正极材料的比表面积BET满足如下条件：0＜BET≤0.8m2/g。
[0013]作为优选地，所述钠离子正极材料的比表面积BET满足如下条件：0.2≤BET＜0.6m2/g。
[0014]作为优选地，所述钠离子正极材料的振实密度为0.9
‑
2.8g/cm3。
[0015]作为优选地，所述钠离子正极材料在压制前后的可溶性碱含量增率满足如下条件：
∆
γ≤50%（x+2y
‑
4i
‑
3j）+10%；其中，
×
100%；为压制后的可溶性碱含量；为压制前的可溶性碱含量。
[0016]作为优选地，所述钠离子正极材料在压制前后的可溶性碱含量增率满足如下条件：
∆
γ≤50%（x+2y
‑
4i
‑
3j）+8%。
[0017]作为优选地，所述钠离子正极材料在压制前后的可溶性碱含量增率满足如下条件：
∆
γ≤50%（x+2y
‑
4i
‑
3j）+5%。
[0018]作为优选地，所述压制的条件为：压力为80
‑
280MPa；温度为0
‑
25℃；湿度为≤15%RH；最优选地，所述压制的条件为：压力为250
‑
280MPa；温度为0
‑
25℃；湿度为≤15%RH。
[0019]作为优选地，所述≤（1+2x）
×
100wt%。
[0020]作为优选地，所述钠离子正极材料通过如下方法制备得到：将第一单晶颗粒材料与第二单晶颗粒材料于酸性气氛下进行搅拌混合而得。
[0021]作为优选地，所述搅拌混合包含二阶段搅拌混合的步骤，其中第一阶段搅拌混合的条件为：湿度≤8%RH，温度为0
‑
25℃，速度为1000
‑
3000rpm；第二阶段搅拌混合的条件为：湿度≤8%RH，温度为100
‑
400℃，速度为600
‑
1500rpm。
[0022]作为优选地，所述第二阶段搅拌混合的温度为150
‑
300℃。
[0023]作为优选地，所述酸性气氛的pH值为6
‑
7；所述酸性气氛可通过本领域的常规方法制备而得，例如可将雾化后的稀盐酸或稀硝酸通入混合设备中形成酸性气体，随后通入反应容器中即可。
[0024]作为优选地，所述第一单晶颗粒材料通过如下方法制备得到：（1）将钠源、锰源、M1金属源、M2金属源球磨混合得到前驱体粉末；所述钠源用量为所需钠化学计量的100
‑
110wt%；
（2）将前驱体粉末进行高温烧结；（3）降温冷却至室温后进行破碎、筛分处理即得第一单晶颗粒材料。
[0025]作为优选地，步骤（1）中所述钠源选自碳酸钠。
[0026]作为优选地，步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子正极材料，其特征在于，包含第一单晶颗粒材料和第二单晶颗粒材料，所述第一单晶颗粒材料的平均粒径为5
‑
15μm，振实密度为0.8
‑
2.5g/cm3；所述第二单晶颗粒材料的平均粒径为1
‑
5μm，振实密度为1.0
‑
3.0g/cm3；所述钠离子正极材料的分子式为Na
x
Mn
y
Na
0.67
Mn
0.5
M
1i
M
2j
O2‑
k
‑
β
N
k
，其中M1选自Al、Ti、Fe 、Cr、Mo 、Si、B中的一种或多种，M2为Ni、Mg、Zn 、Co、Cu、Zr、Sr、Nb 的一种或多种，N选自F、Cl、Br中的一种或多种；0＜x≤0.35；0≤y≤0.5；0＜i≤0.5；0≤j＜0.5；
‑
0.01≤β≤0.01,0≤k≤0.05。2.根据权利要求1所述的钠离子正极材料，其特征在于，所述第一单晶颗粒材料与第二单晶颗粒材料的摩尔比为1.5
‑
9：1。3.根据权利要求1所述的钠离子正极材料，其特征在于，所述钠离子正极材料的比表面积BET满足如下条件：0＜BET≤0.8m2/g。4.根据权利要求1所述的钠离子正极材料，其特征在于，所述钠离子正极材料的振实密度为0.9
‑
2.8g/cm3。5.根据权利要求1所述的钠离子正极材料，其特征在于，所述钠离子正极材料在压制前后的可溶性碱含量增率 满足如下条件：
∆
γ≤50%（x+2y
‑
4i
‑
3j）+10%；其中，
×
100%；为压制后的可溶性碱含量；为压制前的可溶性碱含量。6.根据权利要求5所述的钠离子正极材料，其特征在于，所述压制的条件为：压力为80
‑
280MPa；温度为0
‑
25℃；湿度为≤15%RH。7.根据权利要求5所述的钠离子正极材料，其特征在于，所述≤（1+2x）
×
100wt%。8.根据权利要求1
‑
7任一项所述的钠离子正极材料，其特征在于，所述钠离子正极材料通过如下方法制备得到：将第一单晶颗粒材料与第二单晶颗粒材料于酸性气氛下进行搅拌混合而得。9.根据权利要求8所述的钠离子正极材料，其特征在于，所述搅拌混合包含二阶段搅拌混合的步骤，其中第一阶段搅拌混合的条件为：湿度≤8%RH，温度为0
‑
25℃，速度为1000
‑
3000rpm；第二阶段搅拌混合的条件为：湿度≤8%RH，温度为100
‑
400℃，速度为600
‑
150...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡伟华，赵建明，郭启涛，
申请(专利权)人：深圳华钠新材有限责任公司，
类型：发明
国别省市：