一种富钠低残碱量的层状氧化物正极材料的制备方法与流程

本发明涉及钠离子电池，尤其涉及一种富钠低残碱量的层状氧化物正极材料的制备方法。

背景技术：

1、钠离子电池的能量密度相对较低，尽管层状氧化物正极材料有着较高的理论容量，但其可发挥容量有限，在产品定型的基础上引入其它元素的可操作性不强，进行比例调整又涉及后续整套新品开发流程，更高电压下电解液难以适配等。因此，寻找能在现有工艺上在现有电压范围内实现容量提升的手段尤为重要。

2、现有的提容手段主要有现有元素的在更高电压下进行元素掺杂改善结构、比例调整和尝试新材料等。但是，在更高电压下当前电解液体系难以适配，且元素掺杂改善需要引入其它元素，在已有产线难以操作；进行比例调整后，材料的各项性能需要重新评估，后续体系开发要全部推翻重来，耗时耗力；新材料的开发较困难，生产工艺也难以兼顾。

3、配钠量过高会导致材料碱性较高，残碱量高导致电芯浆料易凝胶、电芯充放电过程中易产气，甚至高镍材料需要通过水洗、多层包覆和多元素掺杂来降低残碱量。但是，材料理论容量和na的摩尔比有直接的线性关系，配钠量的多少对材料的容量发挥情况多少有一定影响，并且在较高的配钠量下材料的一致性和稳定性都能够有一定提高。现有技术的方法制备的正极材料不能同时满足富钠，且残碱量低的要求。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种富钠低残碱量的层状氧化物正极材料的制备方法，用以解决现有方法制备配钠量高的正极材料残碱量高，进而影响钠离子电池的容量等性能的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种富钠低残碱量的层状氧化物正极材料的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)按照摩尔比：1＜na≤1.1，0.05≤cu≤0.20，0.33≤mn≤0.40，0.20≤ni≤0.24，0.33≤fe≤0.40，0≤m≤0.05，称取各金属源作为原料备用；

5、(2)将备用的原料混合，干燥，进行高温煅烧处理，粉碎，筛分，得到所述的正极材料；

6、其中，所述m为mg、ca、b、al、li、k、ag、zr、ti、w、mo、cr、sr、y、cd、sn、sb、ce的一种或几种。

7、进一步的，步骤(2)中，高温煅烧的温度为(800+400t3)～1050℃，煅烧时间为8-24h，其中，t3为ni元素的摩尔比。

8、进一步的，步骤(2)中，高温煅烧时的升温速率为1-5℃/min。

9、进一步的，步骤(2)中，高温煅烧气氛为空气或氧气。

10、进一步的，所述的正极材料的通式为nax3cuy3mnz3nit3feu3ma3o2+nδ；其中，1＜x3≤1.1，0.05≤y3≤0.20，0.33≤z3≤0.40，0.20≤t3≤0.24，0.33≤u3≤0.40，0≤a3≤0.05，0.34(y3+z3+t3+u3)＜u3/x3＜0.51(y3+z3+t3+u3)且0.18(y3+z3+t3+u3)＜t3/x3＜0.25(y3+z3+t3+u3)，x3+2y3+3z3+3u3+2a3+3t3＜4＜x3+2y3+4z3+3u3+4a3+3t3，y3+z3+a3+t3+u3＝1，0＜n≤0.05，-1≤δ≤3。

11、进一步的，所述的正极材料的通式为nax3cuy3mnz3nit3feu3(ma31ma32)o2+nδ，ma31和ma32中m代表的元素不同，其中，1＜x3≤1.1，0.05≤y3≤0.20，0.33≤z3≤0.40，0.20≤t3≤0.24，0.33≤u3≤0.40，0≤a31+a32≤0.05，0.34(y3+z3+t3+u3)＜u3/x3＜0.51(y3+z3+t3+u3)且0.18(y3+z3+t3+u3)＜t3/x3＜0.25(y3+z3+t3+u3)，x3+2y3+3z3+3u3+2(a31+a32)+3t3＜4＜x3+2y3+4z3+3u3+4(a31+a32)+3t3，y3+z3+(a31+a32)+t3+u3＝1，0＜n≤0.05，-1≤δ≤3。

12、进一步的，所述的正极材料的通式为nax3cuy3mnz3nit3feu3

13、(ma41ma42ma43)o2+nδ，ma41、ma42和ma43中m代表的元素均不同，其中，1＜x3≤1.1，0.05≤y3≤0.20，0.33≤z3≤0.40，0.20≤t3≤0.24，0.33≤u3≤0.40，0≤a41+a42+a43≤0.05，0.34(y3+z3+t3+u3)＜u3/x3＜0.51

14、(y3+z3+t3+u3)且0.18(y3+z3+t3+u3)＜t3/x3＜0.25(y3+z3+t3+u3)，x3+2y3+3z3+3u3+2(a41+a42+a43)+3t3＜4＜x3+2y3+4z3+3u3+4

15、(a41+a42+a43)+3t3，y3+z3+(a41+a42+a43)+t3+u3＝1，0＜n≤0.05，-1≤δ≤3。

16、进一步的，所述的正极材料为o3型。

17、进一步的，所述的正极材料的残碱总量为1.5-2.2％。

18、进一步的，碳酸钠含量为1-2.19％，氢氧化钠含量为0.01-0.5％。

19、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

20、(1)本发明方法中各元素采用特定的配比，提高了配钠量，提升了材料的活性钠的比例，进而得到的钠离子电池具有较高的容量，且本发明的正极材料可以使得残碱量保持在合理范围之内，在本发明在较高的配钠量下电池的一致性和稳定性都较好；

21、(2)本发明的制备方法中，构建了煅烧温度与ni元素含量的关系式，采用本发明的煅烧温度下，可以使得正极材料的残碱总量为1.5-2.2％，碳酸钠含量为1-2.19％，氢氧化钠含量为0.01-0.5％，利用本发明正极材料制备的电池容量更高，且电池的电化学性能一致性较好；

22、(3)本发明方法制备的正极材料不需要通过提高电压提高容量，电解液的适配范围广；

23、(4)本发明的正极材料的制备方法简单，成本低，可以大规模生产。

24、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种富钠低残碱量的层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的富钠低残碱量的层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，高温煅烧的温度为(800+400t3)～1050℃，煅烧时间为8-24h，其中，t3为ni元素的摩尔比。

3.根据权利要求1所述的富钠低残碱量的层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，高温煅烧时的升温速率为1-5℃/min。

4.根据权利要求1所述的富钠低残碱量的层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，高温煅烧气氛为空气或氧气。

5.根据权利要求1-4任一项所述的富钠低残碱量的层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述的正极材料的通式为

6.根据权利要求1-4任一项所述的富钠低残碱量的层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述的正极材料的通式为nax3cuy3mnz3nit3feu3(ma31ma32)o2+nδ，ma31和ma32中m代表的元素不同，其中，1＜x3≤1.1，0.05≤y3≤0.20，0.33≤z3≤0.40，0.20≤t3≤0.24，0.33≤u3≤0.40，0≤a31+a32≤0.05，0.34(y3+z3+t3+u3)＜u3/x3＜0.51(y3+z3+t3+u3)且0.18(y3+z3+t3+u3)＜t3/x3＜0.25(y3+z3+t3+u3)，x3+2y3+3z3+3u3+2(a31+a32)+3t3＜4＜x3+2y3+4z3+3u3+4(a31+a32)+3t3，y3+z3+(a31+a32)+t3+u3＝1，0＜n≤0.05，-1≤δ≤3。

7.根据权利要求1-4任一项所述的富钠低残碱量的层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述的正极材料的通式为nax3cuy3mnz3nit3feu3(ma41ma42ma43)o2+nδ，ma41、ma42和ma43中m代表的元素均不同，其中，1＜x3≤1.1，0.05≤y3≤0.20，0.33≤z3≤0.40，0.20≤t3≤0.24，0.33≤u3≤0.40，0≤a41+a42+a43≤0.05，0.34(y3+z3+t3+u3)＜u3/x3＜0.51(y3+z3+t3+u3)且0.18(y3+z3+t3+u3)＜t3/x3＜0.25(y3+z3+t3+u3)，x3+2y3+3z3+3u3+2(a41+a42+a43)+3t3＜4＜x3+2y3+4z3+3u3+4(a41+a42+a43)+3t3，y3+z3+(a41+a42+a43)+t3+u3＝1，0＜n≤0.05，-1≤δ≤3。

8.根据权利要求1-4任一项所述的富钠低残碱量的层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述的正极材料为o3型。

9.根据权利要求1-4任一项所述的富钠低残碱量的层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述的正极材料的残碱总量为1.5-2.2％。

10.根据权利要求9所述的富钠低残碱量的层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，碳酸钠含量为1-2.19％，氢氧化钠含量为0.01-0.5％。

技术总结
本发明涉及一种富钠低残碱量的层状氧化物正极材料的制备方法，属于钠离子电池技术领域，用以解决现有方法制备配钠量高的正极材料残碱量高，进而影响钠离子电池的容量等性能的问题。本发明方法中各元素采用特定的配比，提高了配钠量，提升了材料的活性钠的比例，进而得到的钠离子电池具有较高的容量，且本发明的正极材料可以使得残碱量保持在合理范围之内，在本发明在较高的配钠量下电池的一致性和稳定性都较好。

技术研发人员：程斯琪,王建鑫,岑杰,王伟刚,李树军,唐堃
受保护的技术使用者：溧阳中科海钠科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15