一种钠离子电池正极材料及其制备方法与钠离子电池技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤

【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与钠离子电池


[0001]本专利技术涉及钠离子电池领域，尤其涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法与钠离子电池
。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池因其比能量高
、
绿色环保等优点广泛应用于电动汽车
、
移动电源及储能领域
。
但是随着
3C
产品
、
新能源汽车行业及储能行业的发展，而锂和钴元素资源较少，从而限制了锂离子电池的发展
。
然而，基于钠离子电池与锂离子电池性能类似，并且钠资源含量丰富
、
成本低
、
无毒，因此发展钠离子电池是一种降低成本的锂离子电池替代方案，但是由于钠离子半径大
、
扩散速度慢等特性，钠离子正极材料还存在着比容量小
、
循环性能差等问题，进而基于上述问题，亟需提出一种新的钠离子正极材料的制备工艺，以解决上述的不足
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的在于提供一种钠离子电池正极材料及其制备方法与钠离子电池，旨在解决现有的钠离子正极材料存在比容量小
、
循环性能差的技术问题
。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供一种钠离子电池正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0005]步骤
S1
，将预设质量的前驱体物料
、
碳酸钠
、
磷源和锆源混合并球磨处理，得到混合物料，其中，钠元素与前驱体中金属元素的摩尔比为
0.5
～2，磷元素和锆元素的添加量为混合物料的
0.05
～
2wt
％，所述前驱体物料的化学式为
Ni
x
Fe
y
Mn1‑
x
‑
y
(OH)2，
0<x<1
，
0<y<1
，
0<1
‑
x
‑
y<1
；
[0006]步骤
S2
，将步骤
S1
得到的混合物料在含氧气氛中烧结，控制烧结温度为
600℃
‑
1000℃
，烧结时间为
0.5
‑
16h
，得到目标钠离子电池正极材料，所述目标钠离子电池正极材料为
Zr
掺杂且
NaZr2(PO4)3包覆的
Na
n
Ni
x
Fe
y
Mn1‑
x
‑
y
O2正极材料，
0.5<n<2.0。
[0007]可选地，其特征在于，所述步骤
S1
中的球磨介质为氧化锆球，所述氧化锆球直径为
0.5
‑
1.5cm。
[0008]可选地，所述步骤
S1
中球磨处理中的球料质量比为
0.2
‑2，球磨速率为
100
‑
300rpm/min
，球磨时间为
0.5
‑
2h。
[0009]可选地，所述前驱体物料为
Ni
0.33
Fe
0.33
Mn
0.34
(OH)2或
Ni
0.4
Fe
0.2
Mn
0.4
(OH)2。
[0010]可选地，所述磷源包括磷酸氢二铵
、
磷酸二氢铵
、
磷酸二氢钾
、
磷酸钠和磷酸二氢钠中的至少一种
。
[0011]可选地，所述锆源包括氧化锆
、
碳酸锆
、
氢氧化锆
、
氧氯化锆
、
氯化锆和硝酸锆中的至少一种
。
[0012]可选地，所述步骤
S2
中，将步骤
S1
得到的混合物料放入气氛炉中烧结，并通入氧气，控制气氛炉内升温至
700℃、800℃
或
900℃
保温
10
‑
16h
，自然冷却后得到目标钠离子电
池正极材料
。
[0013]可选地，所述方法还包括：将目标钠离子电池正极材料进行破碎过筛处理
。
[0014]此外，为实现上述目的，本专利技术还提供一种钠离子电池正极材料，所述正极材料是根据上述任一项所述的钠离子电池正极材料的制备方法制得
。
[0015]此外，为实现上述目的，本专利技术还提供一种钠离子电池，所述钠离子电池包括正极片
、
负极片
、
隔膜和电解液，所述隔膜是用来隔开所述正极片与负极片，所述正极片的活性材料为上述的钠离子电池正极材料
。
[0016]有益效果：
[0017](1)
本专利技术的钠离子电池正极材料的制备是通过前驱体物料
、
碳酸钠
、
磷源和锆源混合并球磨，并在氧化气氛中烧结，进而是采用一步法得到
Zr
掺杂且
NaZr2(PO4)3包覆的
Na
n
Ni
x
Fe
y
Mn1‑
x
‑
y
O2正极材料
。
[0018](2)
制得的钠离子电池正极材料为单晶形貌，且包覆在表面的
NaZr2(PO4)3能作为一层阻挡材料和电解液发生副反应的屏障，减少正极材料副反应的发生，并且
Zr
掺杂也能提升正极材料应用时的结构稳定性
。
[0019](3)
生成的
NaZr2(PO4)3包覆层还可以和正极材料表面的残碱发生反应，进而降低材料的残碱，减少残碱对材料的危害
。
以及
NaZr2(PO4)3具有优异的钠离子快速传导能力，进而能够为钠离子的扩散提供通道，提升材料的电化学性能，并且基于正极材料中包覆和掺杂的共同作用可以对材料的表面的和体相结构起到保护作用，使表面和体相结构降解得到延迟，提升材料的性能，进而使得正极材料具有稳定的表面形貌和体相结构
。
[0020](4)
将正极材料用于钠离子电池时，在常温
2.0
‑
4.0V1C
放电比容量可以达到
119.1mAh/g
，经过
100
周
1C
循环后，材料容量保持率为
95.9
％，进而比容量和循环性能均有显著提本文档来自技高网...

【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，所述方法包括以下步骤：步骤
S1
，将预设质量的前驱体物料
、
碳酸钠
、
磷源和锆源混合并球磨处理，得到混合物料，其中，钠元素与前驱体中金属元素的摩尔比为
0.5
～2，磷元素和锆元素的添加量为混合物料的
0.05
～
2wt
％，所述前驱体物料的化学式为
Ni
x
Fe
y
Mn1‑
x
‑
y
(OH)2，
0<x<1
，
0<y<1
，
0<1
‑
x
‑
y<1
；步骤
S2
，将步骤
S1
得到的混合物料在含氧气氛中烧结，控制烧结温度为
600℃
‑
1000℃
，烧结时间为
0.5
‑
16h
，得到目标钠离子电池正极材料，所述目标钠离子电池正极材料为
Zr
掺杂且
NaZr2(PO4)3包覆的
Na
n
Ni
x
Fe
y
Mn1‑
x
‑
y
O2正极材料，
0.5<n<2.0。2.
根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤
S1
中的球磨介质为氧化锆球，所述氧化锆球直径为
0.5
‑
1.5cm。3.
根据权利要求2所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤
S1
中球磨处理中的球料质量比为
0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李捷帆，杨涛，刘双祎，彭俊明，唐泽勋，
申请(专利权)人：湖南桑瑞新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：