【技术实现步骤摘要】
本申请属于能源材料，尤其涉及一种固相燃烧法制备的钠离子电池层氧正极及其制备方法。
技术介绍
1、目前近几十年来，钠离子电池(sibs)因其具有成本和安全优势，避免了有限的锂/钴/镍资源和环境污染等挑战而受到越来越多的关注。由于sibs的储钠性能和生产成本以阴极性能为主，开发具有大规模生产能力的阴极材料是实现sibs商业应用的关键。因此开发具有高能量密度、循环寿命长、生产成本低、化学/环境稳定性高的宿主材料是实施先进sibs的关键。在已开发的正极材料中，o3型固体过渡金属氧化物因其简单的合成方法、较高的理论比容量和足够的钠含量而受到广泛关注。
2、目前o3型钠电正极材料使用前驱体工艺烧结单晶形貌时为减少杂项不断提高烧结温度，生产过程中需要较高的温度，例如常见镍铁锰基层状氧化物钠离子电池烧结温度在800～950℃。为达到金属元素在分子或原子级别上的均匀融合，常见多晶或单晶前驱体为沉淀法所制得的氢氧化物前驱体，其生产条件为液相，会产生大量碱性废液，其环保处理成本较高，在生产前驱体过程中不可避免大量消耗水资源，增加能耗和废液污染。
技术实现思路
1、本申请提供了一种固相燃烧法制备的钠离子电池层氧正极及其制备方法，旨在一定程度上解决使用前驱体工艺过程中大量消耗水资源，增加能耗和废液污染的问题。
2、第一方面，本申请提供了一种固相燃烧法制备的钠离子电池层氧正极的制备方法，包括以下步骤：
3、s1，称取一定量的钠源和含镍锰铁的前驱体材料球磨混合，得到混合物料；
4、s2，将步骤(1)所得混合物料放入气氛炉并通入空气，依次进行第一烧结、第二烧结后，自然降温至室温，得到烧结料；
5、s3，将步骤(2)所得烧结料进行破碎，得到所述钠离子电池层氧正极。
6、在一些实施例中，s1中所述钠源为二水合柠檬酸钠、乙酸钠、异柠檬酸三钠、次氮基三乙酸二钠盐、8-羟基-1,3,6-芘三磺酸三钠中的一种或多种的组合；s1中所述含镍锰铁的前驱体材料为镍源、锰源、铁源的混合物，所述镍源为碱式碳酸镍、乙酸镍、二甲氨基二硫代甲酸镍、二茂镍、乙酰丙酮镍中的一种或多种的组合；所述锰源为碳酸锰、乙酸锰、2-甲基环戊二烯三羰基锰、乙酰丙酮锰、十羰基二锰中的一种或多种的组合；所述铁源为柠檬酸铁、乙酰丙酮铁、乳酸亚铁、二茂铁、草酸铁中的一种或多种的组合。在第一段烧结过程中，各物质达到熔融状态，本方案引入柠檬酸根可以与金属阳离子形成络合物，这种络合作用有助于在分子或原子级别上实现反应物质的均匀混合。并且随着温度升高，柠檬酸根与空气气氛下的氧反应，放出大量热量，促使反应的继续进行。这种自蔓延燃烧过程有助于快速合成蓬松粉体。
7、在一些实施例中，s1中所述钠源与含镍锰铁的前驱体材料中各元素质量份的比值为na∶ni∶mn∶fe＝(0.7～1.2)∶(0.01～0.5)∶(0.01～0.5)∶(0.01～0.5)。
8、在一些实施例中，s1中所述球磨混合具体为：置于行星球磨机中于200r/min～400r/min的转速下混料1h～1.5min。
9、在一些实施例中，s2中所述通入空气的参数为：通入速率为30～40l/min。
10、在一些实施例中，s2中所述第一烧结的工艺条件为：温度为400～600℃，保温时间为3～5h，升温速率为3～10℃/min。
11、在一些实施例中，s2中所述第二烧结的工艺条件为：温度为600～800℃，保温时间为12～20h，升温速率为3～10℃/min。
12、在一些实施例中，s3中所述破碎具体为：使用气流磨，电动机能效分级20～80hz，喂料频率5～50hz，风机频率10～100hz，过325目筛筛网。
13、第二方面，提供一种如第一方面所述制备方法得到的钠离子电池层氧正极，所述钠离子电池层氧正极的化学通式为na1+pniafebmnco2+δ，其中-0.1≤p≤0.1，0≤a≤0.5，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，-0.01≤δ≤0.01，且a+b+c＝1。
14、在一些实施例中，所述钠离子电池层氧正极的粒径d50为3～5μm，比表面积<0.5m2/g。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
16、1.本专利技术通过共融体系快速低温燃烧可使正极材料具有单晶形貌且低温燃烧可以降低杂相含量，因此制得的钠离子电池层氧正极既具有单晶形貌又无明显杂相。本专利技术提供的正极材料，不仅具有单晶形貌，内部无裂纹，该正极材料可以在4.0v的高电压下表现出更优的循环性能和倍率性能，由其制得的钠离子电池具有高容量和优异的循环性能。
17、2.本专利技术提供的正极材料颗粒强度大，可以抑制材料极片在高压实密度下颗粒的破损程度，同时，颗粒强度大，材料循环过程中不容易形成颗粒内部裂缝，抑制材料与电解液反应，提高材料循环性能。
18、3.本专利技术提供的正极材料的制备方法烧结温度低、原料来源广泛、在第一段烧结时即可得到均匀混合的纳米级固溶体，可大大降低生产成本，减少能源消耗，促进我国节能减排事业的发展。
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1.一种固相燃烧法制备的钠离子电池层氧正极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中所述钠源为二水合柠檬酸钠、乙酸钠、异柠檬酸三钠、次氮基三乙酸二钠盐、8-羟基-1,3,6-芘三磺酸三钠中的一种或多种的组合；S1中所述含镍锰铁的前驱体材料为镍源、锰源、铁源的混合物，所述镍源为碱式碳酸镍、乙酸镍、二甲氨基二硫代甲酸镍、二茂镍、乙酰丙酮镍中的一种或多种的组合；所述锰源为碳酸锰、乙酸锰、2-甲基环戊二烯三羰基锰、乙酰丙酮锰、十羰基二锰中的一种或多种的组合；所述铁源为柠檬酸铁、乙酰丙酮铁、乳酸亚铁、二茂铁、草酸铁中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中所述钠源与含镍锰铁的前驱体材料中各元素质量份的比值为Na∶Ni∶Mn∶Fe＝(0.7～1.2)∶(0.01～0.5)∶(0.01～0.5)∶(0.01～0.5)。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中所述球磨混合具体为：置于行星球磨机中于200r/min～400r/min的转速下混料1h～1.5min。<...
【技术特征摘要】
1.一种固相燃烧法制备的钠离子电池层氧正极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s1中所述钠源为二水合柠檬酸钠、乙酸钠、异柠檬酸三钠、次氮基三乙酸二钠盐、8-羟基-1,3,6-芘三磺酸三钠中的一种或多种的组合；s1中所述含镍锰铁的前驱体材料为镍源、锰源、铁源的混合物，所述镍源为碱式碳酸镍、乙酸镍、二甲氨基二硫代甲酸镍、二茂镍、乙酰丙酮镍中的一种或多种的组合；所述锰源为碳酸锰、乙酸锰、2-甲基环戊二烯三羰基锰、乙酰丙酮锰、十羰基二锰中的一种或多种的组合；所述铁源为柠檬酸铁、乙酰丙酮铁、乳酸亚铁、二茂铁、草酸铁中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s1中所述钠源与含镍锰铁的前驱体材料中各元素质量份的比值为na∶ni∶mn∶fe＝(0.7～1.2)∶(0.01～0.5)∶(0.01～0.5)∶(0.01～0.5)。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s1中所述球磨混合具体为：置于行星球磨机中于200r/min～400r/min的转速下混料1h～1.5min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：马子阳，周彤，杨立山，陈标兵，邹莉，
申请(专利权)人：湘潭电化科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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