一种正极复合材料制备方法、正极复合材料及钠离子电池与流程

本发明属于材料科学，具体涉及一种正极复合材料制备方法、正极复合材料及钠离子电池。

背景技术：

1、钠离子电池因其独有的成本低廉、安全性高、循环寿命长等优点，在大规模储能领域具备优异的应用前景，目前钠离子电池主流正极复合材料分为三大类：层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝系化合物，聚阴离子型材料等；层状氧化物：制备工艺成熟，有望率先产业化，缺点在于残碱高，稳定性较低；普鲁士蓝：有较高的能量密度，具有大的隧道结构，循环过程中结构比较稳定，但是材料的振实密度较低，结晶水难以除去，且存在受热安全隐患，这会影响材料的结晶纯度以及电化学稳定性；相比较以上正极复合材料，聚阴离子型正极复合材料具有稳定的框架结构，因此具有稳定的电化学性能和较高的热安全性，可以获得较长的循环寿命和较高的倍率，尤其是硫酸铁钠基正极复合材料，合成原料成本低廉，来源广泛，是极具市场竞争力的钠离子电池正极复合材料；事实上，纯相硫酸亚铁钠材料暴露着本征电子电导率低、易吸水和氧化、同时储钠动力学差等难题，这将严重影响其材料电化学性能；因此，提供一种增强导电性、降低制备成本、实现主材与导电剂一体化结合、提高充放电克容量和首圈库伦效率的一种正极复合材料制备方法、正极复合材料及钠离子电池是非常有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种增强导电性、降低制备成本、实现主材与导电剂一体化结合、提高充放电克容量和首圈库伦效率的一种正极复合材料制备方法、正极复合材料及钠离子电池。

2、本发明的目的是这样实现的：一种正极复合材料制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：

3、步骤1：制备金属氧化物碳纳米管粗品；

4、步骤2：制备金属氧化物碳纳米管粗品浆料；

5、步骤3：将钠盐、铁盐、金属氧化物碳纳米管粗品浆料和纯水混合分散，得到正极前驱体浆料；

6、步骤4：将正极前驱体浆料进行雾化干燥，得到正极前驱体；

7、步骤5：对正极前驱体进行烧结，得到正极复合材料。

8、所述的步骤1中的金属氧化物碳纳米管粗品的制备方法为：将干燥的金属氧化物粉末置于流化床中，在氮气或氩气气氛下预热至500-1000℃并进行保温，通入烯烃气体和还原气体制得金属氧化物碳纳米管粗品。

9、所述的烯烃气体为c4及c4以下气体；所述的还原气体为h2；所述的金属氧化物为氧化铁，氧化钴，氧化铝中的一种或者多种。

10、所述的步骤2中的金属氧化物碳纳米管粗品浆料的制备方法为：采用质量分数比为：碳纳米管粗品：分散剂：纯水＝0.1～5％：0.1～5％：90.5～94.5％的原料，进行均匀混合制得浆料，之后对浆料进行砂磨均匀分散。

11、所述的分散剂为pvp聚乙烯吡咯烷酮。

12、所述的步骤3中的钠盐为硫酸钠、铁盐为七水合硫酸亚铁；所述的硫酸钠、七水合硫酸亚铁、碳纳米管浆料粗品的质量比为10～20％：30～50％：30～60％。

13、所述的步骤4中的雾化干燥的进口温度为200～240℃，出口温度为80～120℃。

14、所述的步骤5中的烧结气氛为ar或n2且o2<50ppm；所述的烧结温度为200～400℃，烧结时间为8～24h。

15、一种正极复合材料，采用上述制备方法所制备的正极复合材料。

16、一种钠离子电池，包括上述的正极复合材料。

17、本发明的有益效果：本发明公开了一种正极复合材料制备方法，在使用中，本发明通过砂磨前驱体浆液，实现材料碳纳米管一体化复合，增强硫酸亚铁钠复合材料导电性的同时，降低复合材料制备成本，实现主材与导电剂一体化结合，提高正极材料的充放电克容量和首圈库伦效率；本发明还公开了采用上述制备方法所制备的一种正极复合材料以及采用该正极复合材料的钠离子电池，本发明操作简便，操作工艺简单，材料成本低，同时负载碳纳米管可提高正极复合材料电子导电率，进而提高钠离子电池的充放电克容量；本发明具有增强导电性、降低制备成本、实现主材与导电剂一体化结合、提高充放电克容量和首圈库伦效率的优点。

技术特征：

1.一种正极复合材料制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种正极复合材料制备方法，其特征在于：所述的步骤1中的金属氧化物碳纳米管粗品的制备方法为：将干燥的金属氧化物粉末置于流化床中，在氮气或氩气气氛下预热至500-1000℃并进行保温，通入烯烃气体和还原气体制得金属氧化物碳纳米管粗品。

3.如权利要求2所述的一种正极复合材料制备方法，其特征在于：所述的烯烃气体为c4及c4以下气体；所述的还原气体为h2；所述的金属氧化物为氧化铁，氧化钴，氧化铝中的一种或者多种。

4.如权利要求1所述的一种正极复合材料制备方法，其特征在于：所述的步骤2中的金属氧化物碳纳米管粗品浆料的制备方法为：采用质量分数比为：碳纳米管粗品：分散剂：纯水=0.1~5%：0.1~5%：90.5~94.5%的原料，进行均匀混合制得浆料，之后对浆料进行砂磨均匀分散。

5.如权利要求4所述的一种正极复合材料制备方法，其特征在于：所述的分散剂为pvp聚乙烯吡咯烷酮。

6.如权利要求1所述的一种正极复合材料制备方法，其特征在于：所述的步骤3中的钠盐为硫酸钠、铁盐为七水合硫酸亚铁；所述的硫酸钠、七水合硫酸亚铁、碳纳米管浆料粗品的质量比为10~20%：30~50%：30~60%。

7.如权利要求1所述的一种正极复合材料制备方法，其特征在于：所述的步骤4中的雾化干燥的进口温度为 200～240℃，出口温度为80～120℃。

8.如权利要求1所述的一种正极复合材料制备方法，其特征在于：所述的步骤5中的烧结气氛为ar或n2且o2<50ppm；所述的烧结温度为200～400℃，烧结时间为8〜24h。

9.一种正极复合材料，其特征在于：包括如权利要求1-8任一项所述的制备方法所制备的正极复合材料。

10.一种钠离子电池，其特征在于：包括如权利要求9所述的正极复合材料。

技术总结
本发明涉及一种正极复合材料制备方法、正极复合材料及钠离子电池，所述的制备方法包括以下步骤：步骤1：利用流化床合成粗碳纳米管粉体；步骤2：按一定比例将粗碳纳米管粉体与分散剂用纯水溶解，在砂磨机里持续循环砂磨分散，获得粗碳纳米管浆料；步骤3：将钠盐、铁盐、金属氧化物碳纳米管粗品浆料和纯水混合分散，得到正极前驱体浆料；步骤4：将正极前驱体浆料进行雾化干燥，得到正极前驱体；步骤5：对正极前驱体进行烧结，得到正极复合材料；本发明具有增强导电性、降低制备成本、实现主材与导电剂一体化结合、提高充放电克容量和首圈库伦效率的优点。

技术研发人员：许飞,罗传军,陈腾飞,赵永锋,段华玲,张萌,宋皓,连云峰,任小磊,王震
受保护的技术使用者：广西宁福新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13