一种钠离子电池复合正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池复合正极材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池复合正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钠离子电池领域，特别是涉及一种钠离子电池复合正极材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]钠离子电池（
SIB
）的研究与开发有望在一定程度上缓解由于锂资源短缺引发的储能电池发展受限问题，正极材料占据整个钠离子电池原材料成本的
1/3
左右，当前已经发现的钠离子电池正极材料主要包括层状过渡金属氧化物
、
普鲁士蓝类和聚阴离子化合物
。
层状过渡金属氧化物正极材料
Na
x
MO2(M=Fe、Mn、Ni、Co、Cr 、Cu
等及其组合
)
以其能量密度高
、
结构简单
、
易合成而得到了广泛关注，具有很高的应用潜力，但受限于充放电过程中相变导致的晶体结构不稳定，循环性能往往较差；普鲁士蓝类正极材料具有大的离子扩散通道和开放的框架结构，有利于钠离子的脱嵌，但以共沉淀为主的材料合成工艺难以避免络合水残留带来的过渡金属溶解
、
晶体结构破坏等问题；聚阴离子正极材料具有开放的三维骨架及较好的循环性能，但该类化合物的导电率较差，为提高其电子和离子导电性，往往需要采取碳包覆和掺杂手段，导致其体积能量密度下降
。
高熵正极材料，是指一种将5种或5种以上的金属化合物相互固溶而得到的新型材料，在高熵正极材料中，元素的随机无序排布和它们的协同作用会表现出“鸡尾酒效应”，即总体大于各个单个部分之和，继而表现出优异的性能，例如极高的结构稳定性
、
异常的介电常数
、
超高的钠离子电导率等
。
这些特性激发了研究者们对高熵正极材料的研究兴趣
。
[0003]公开号为
CN114212802A
的中国专利文件，公开了一种普鲁士蓝类钠离子正极材料的制备方法，通过向溶液中加入第一非离子表面活性剂和抗氧化剂及第二非离子表面活性剂后的共沉淀反应
、
陈化
、
洗涤
、
真空干燥
、
浸泡
、
再过滤
、
蒸干等二段除水工艺，除去晶格中的水分，工艺繁琐且能耗高，不利于工业化推广应用
。
公开号为
CN116130621A
的中国专利文件，公开了一种聚阴离子型钠离子电池正极材料及其制备和应用，首先将钠源
、
钒源
、
锰源
、
磷源
、
掺杂离子源
、
导电剂或导电剂前驱体加入到溶剂中加热搅拌后的喷雾干燥工艺制得前驱体粉体，之后进行二步烧结处理制得聚阴离子正极材料，导电碳材料的加入势必会降低材料的可加工性
、
降低振实密度和体积能量密度
。
公开号为
CN115692684A
的中国专利文件，公开了一种多元复合正极材料及其制备方法和电池，通过液相法制备
Na
x
Ni
y
Fe
z
Mn
u
Bi
v
Cs
w
O2复合正极材料，其溶胶凝胶法的制备工艺过程复杂，且包含危险
Cs
元素及存在污水处理难题，限制了其实际推广应用
。
[0004]如何克服上述所提及的钠离子电池正极材料的技术缺陷，扬长避短来提升材料的结构稳定性及电化学性能，且制备方法简便
、
易实现规模化生产，是亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种钠离子电池复合正极材料及其制备方法，制备的钠离子电池复合正极材料具有高比容量
、
高振实密度和优异循环稳定性的特点，该制备方法高效
简单，成本低廉，易于大规模工业化生产
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术钠离子电池复合正极材料为高熵混合聚阴离子化合物和层状过渡金属氧化物的复合物
。
所述高熵混合聚阴离子化合物为
Na4Fe
2.75
(A, B, C, D, E)
0.05
(PO4)2P2O7，其中
A、B、C、D、E
是对
Fe
元素的取代掺杂，包括但不限于
Li、Ni、Mn、Mg、Zn、Cr、Al、Ti、Cu、Zr、Y、Ce、La
中的任意五种元素的组合；所述层状过渡金属氧化物为
NaNi
x
Fe
y
Mn
z
M
n
O2，
M
包括
Sn、Ti、Al、Mg
中的任意一种，且
x+y+z+n=1
；所述的高熵混合聚阴离子化合物和层状过渡金属氧化物的重量比为1：
0.1
～
10。
[0007]本专利技术钠离子电池复合正极材料的制备方法，具体步骤为：
S1
，按照化学式
Na4Fe
2.75
(A, B, C, D, E)
0.05
(PO4)2P2O7中元素的摩尔配比称取相应的金属源和
P
源，混合后进行干法球磨
10
～
20h
，得到前驱体；将前驱体在
450
～
550℃
氩气气氛下煅烧8～
15h
，随炉冷却至室温，得到高熵混合聚阴离子化合物；
S2
，按照化学式
NaNi
x
Fe
y
Mn
z
M
n
O2中元素的摩尔配比称取相应的金属源，混合后进行干法球磨
10
～
20h
，得到前驱体；将前驱体在
800
～
1000℃
空气气氛下煅烧8～
15h
，随炉冷却至室温，得到层状过渡金属氧化物；
S3
，将高熵混合聚阴离子化合物和层状过渡金属氧化物按1：
0.1
～
10
的重量比称取，混合后进行干法球磨
20
～
40h
，得到钠离子电池复合正极材料
。
[0008]步骤
S1
和
S2
中金属源包括但不限于金属盐和金属氧化物，
P
源包括但不限于
NH4H2PO4和
H3PO4，球磨机转速
≥800
转
/
分，球料重量比为
10∶1
～
20∶1
；步骤
S3
中球磨机转速为
200
～
500
转
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钠离子电池复合正极材料，其特征在于，所述的钠离子电池复合正极材料为高熵混合聚阴离子化合物和层状过渡金属氧化物的复合物；所述高熵混合聚阴离子化合物为
Na4Fe
2.75
(A, B, C, D, E)
0.05
(PO4)2P2O7，其中
A、B、C、D、E
是对
Fe
元素的取代掺杂，包括但不限于
Li、Ni、Mn、Mg、Zn、Cr、Al、Ti、Cu、Zr、Y、Ce、La
中的任意五种元素的组合；所述层状过渡金属氧化物为
NaNi
x
Fe
y
Mn
z
M
n
O2，
M
包括
Sn、Ti、Al、Mg
中的任意一种，且
x+y+z+n=1。2.
根据权利要求1所述的一种钠离子电池复合正极材料，其特征在于，所述高熵混合聚阴离子化合物和层状过渡金属氧化物的重量比为1：
0.1
～
10。3.
一种钠离子电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1
，按照化学式
Na4Fe
2.75
(A, B, C, D, E)
0.05
(PO4)2P2O7中元素的摩尔配比称取相应的金属源和
P
源，混合后进行干法球磨
10
～
20h
，得到前驱体；将前驱体在
450
～
550℃
氩气气氛下煅烧8～
15h
，随炉冷却至室温，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：李法兵，董雅鑫，李庆灿，王传伟，王梦真，杜玉涛，李柄霖，朱荣振，耿德敏，夏金方，
申请(专利权)人：山东海化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：