一种钠离子电池正极材料的制备方法及应用与流程

本发明涉及电池材料，尤其是一种钠离子电池正极材料的制备方法及应用。

背景技术：

1、锂电池由于性能优异，一直是主导的电池体系，然而随着碳酸锂的价格飙升，锂电池的成本大幅提升，因此企业需要能够替代锂电池的新的电池体系。

2、目前，由于钠电池具有天然的成本优势，成为了替代锂电池的电池体系的首选。

3、现有技术中，为了合成层状体系钠电池正极材料有两种方法，一种是是通过湿法合成将混合锰、铁、镍盐在适当的碱条件下进行湿法合成，直接得到氢氧化物或者碳酸盐前驱体样品，然后和钠盐混合均匀，进行烧结，得到钠电正极材料；另外一种是直接将氧化物前驱体和钠源进行干法混合研磨，然后进行烧结同样得到钠电正极材料。

4、在湿法中，前驱体合成以及正极材料烧成的能耗偏高，钠离子迁移需要的能垒较高，钠无法最大程度的进到晶格骨架里面，不利于容量的充分发挥；在干法中，选用原料为氧化物，通常比较难买到，而且价格昂贵，杂质含量普遍较高，直接烧制成大单晶材料需要的能耗高，成品正极材料的品质无法充分保障；并且，在采用传统的干法或者湿法合成方法普通的掺杂手段，由于离子迁移受限，无法实现均一掺杂的效果，导致钠离子电池正极材料的品质无法保证。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钠离子电池正极材料的制备方法及应用，旨在解决现有技术中无法实现均一掺杂的效果，导致钠离子电池正极材料的品质无法保证的问题。

2、本发明是这样实现的，本发明提供一种钠离子电池正极材料的制备方法，包括：

3、s1：配置混合溶液和碱溶液，并使用所述混合溶液和所述碱溶液配置浆料；所述混合溶液采用铁源、锰源和镍源配置，所述混合溶液的浓度为1-2mol/l，所述碱溶液采用工业片碱氢氧化钠作为钠源配置，所述碱溶液的浓度为1-10mol/l；

4、s2：对所述浆料进行离心脱水和强碱脱水；

5、s3：对所述浆料进行酸碱中和，并向所述浆料引入掺杂剂后进行搅拌；所述掺杂剂为1000-10000 ppm的氧化铝或者二氧化钛，搅拌时间为28-32min；

6、s4：对所述浆料进行过筛和喷雾干燥，以得到前驱体；所述前驱体呈颗粒状，直径在6-9μm；

7、s5：对所述前驱体进行一次烧结以得到物料；所述一次烧结的温度为800-900度，烧结时间为10-24h；

8、s6：对所述物料进行破碎水洗和干燥；

9、s7：向所述物料中添加包覆添加剂并进行高混机混合，以得到混合物；所述包覆添加剂为1000-5000ppm的二氧化钛或者三氧化二铝，所述高混机混合的时间为20-40min；

10、s8：对所述混合物进行二次烧结，以得到钠离子电池正极材料；所述二次烧结的温度为400-650度，持续时间为2-10h。

11、在其中一个实施例中，所述铁源为硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、氯化铁或氯化亚铁，所述锰源为硫酸锰、氯化锰或硝酸锰，所述镍源为氯化镍、硝酸镍或硫酸镍。

12、在其中一个实施例中，所述s1中的配置浆料包括：

13、在5-10min之内将所述碱溶液和双氧水加入混合溶液，加入的过程中同时搅拌，搅拌28-32min，以生成浆料。

14、在其中一个实施例中，所述s2中的离心脱水包括：

15、s21：采用离心机对所述浆料进行脱水；

16、s22：向所述浆料加入与所述浆料等体积的纯水进行洗涤。

17、在其中一个实施例中，所述s2中的强碱脱水包括：

18、s23：在5-10min之内将氢氧化钠溶液加入所述浆料，加入的过程中同时搅拌；

19、s24：向所述浆料中通入1l/min的压缩空气并持续搅拌30min，并按固含量25%-45%对所述浆料进行浆化制浆。

20、在其中一个实施例中，所述s3包括：

21、s31：向所述浆料加入草酸粉末，并搅拌5-10min；

22、s32：向所述浆料加入1000-10000 ppm的氧化铝或者二氧化钛，并在球磨机内搅拌30min。

23、在其中一个实施例中，所述s4包括：

24、s41：将所述浆料过200目筛；

25、s42：将过筛后的所述浆料通过泵打入到压缩空气喷雾干燥机内，以进行喷雾干燥，得到6-9μm的所述前驱体；所述压缩空气喷雾干燥机的进风温度为180-250度，出风温度100-110度。

26、在其中一个实施例中，所述s6包括：

27、s61：对所述物料进行气流破碎，令所述物料的粒度为5-8μm；

28、s62：向所述物料加入纯水，配置浓度为30-60%的浆料，持续洗涤5-20min后进行离心脱水；

29、s63：将所述物料放入烘箱静态恒温150度干燥12h。

30、第二方面，本发明提供一种钠离子电池正极材料，采用第一方面提供的任意一种钠离子电池正极材料的制备方法制成。

31、第三方面，本发明提供一种钠离子电池，包括第二方面提供的一种钠离子电池正极材料。

32、本发明提供了一种钠离子电池正极材料的制备方法及应用，具有以下有益效果：

33、1、在本发明提供的制备方法中，引入了脱水和酸碱中和步骤，在这个过程中实现了掺杂元素的均一混合，在喷雾干燥步骤中实现了金属盐前驱体和钠离子的均一混合造粒，便于烧结阶段的离子最短距离扩散，有助于提升材料的容量和结果稳定性，解决了现有技术中无法实现均一掺杂的效果的问题。

34、2、在本发明提供的制备方法中，使用了添加包覆添加剂进行高混机混合，显著地提升了材料的结构稳定性，掺杂和包覆元素为ti和al，既可以支撑骨架架构的稳定，也可以增强材料的整体导电性和包覆效果。

35、3、在本发明提供的制备方法中，使用了脱水、洗涤的步骤，能够有效地排除杂质离子。

技术特征：

1.一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述铁源为硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、氯化铁或氯化亚铁，所述锰源为硫酸锰、氯化锰或硝酸锰，所述镍源为氯化镍、硝酸镍或硫酸镍。

3.如权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述s1中的配置浆料包括：

4.如权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述s2中的离心脱水包括：

5.如权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述s2中的强碱脱水包括：

6.如权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述s3包括：

7.如权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述s4包括：

8.如权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述s6包括：

9.一种钠离子电池正极材料，其特征在于，采用权利要求1-7所述的任意一种钠离子电池正极材料的制备方法制成。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的一种钠离子电池正极材料。

技术总结
本发明涉及电池材料的技术领域，公开了一种钠离子电池正极材料的制备方法及应用；在本发明提供的制备方法中，引入了脱水和酸碱中和步骤，在这个过程中实现了掺杂元素的均一混合，在喷雾干燥步骤中实现了金属盐前驱体和钠离子的均一混合造粒，便于烧结阶段的离子最短距离扩散，有助于提升材料的容量和结果稳定性，解决了现有技术中无法实现均一掺杂的效果的问题。

技术研发人员：金晶,司徒白雪,李良,柏鑫焱
受保护的技术使用者：深圳中芯能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11