一种钠电正极材料的制备方法与流程

本发明涉及材料领域，具体涉及一种钠电正极材料的制备方法。

背景技术：

1、科技改变生活，随着电子产品应用多元化改变我们现有的生活方式，我们的生活更加的便捷。现有电子产品中常用的是锂离子电池，但是随着电池技术的发展，钠离子电池的研究也随着增加。首先是资源丰富，钠是地球上最丰富的金属元素之一，地壳丰度为2.64％，是锂资源的440倍。钠资源分布广泛、提炼简单，不会出现供应紧张或价格波动的问题；其次是成本低廉，钠离子电池的正极材料不需要锂、镍、钴这三种相对贵重金属，而且负极也可以使用更便宜的铝箔(锂电是铜箔)，钠离子电池的材料成本比锂离子电池低30％-40％。

2、现有技术中，钠电正极材料制备过程中，或者最终获得钠电正极材料，研究人员发现，由于钠电材料表面残碱比较高，钠电材料具有较强的吸水性，钠电材料表面的na容易与水发生反应生成氢氧化钠，从而造成钠电正极材料内的钠离子进一步脱出，最终导致钠电正极材料电化学性能的恶化，直接影响电池的电性能的显著衰败。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的问题，公开了一种钠电正极材料的制备方法，本发明制备方法获得的钠电正极材料的表现具有较少的残碱，并且本发明制备钠电正极材料过程中，减少了钠电材料表面的na离子的脱出；最终获得钠电正极材料表面形成了一层包覆层，进一步提升了钠电正极材料在空气中的稳定性，将本发明获得钠电正极材料用于电池中，有利于提升电池的电性能，尤其是电池放电比容量。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明提供的一种钠电正极材料的制备方法，所述制备方法包括：

4、s1：分别配置溶胶悬浮液和铵盐醇溶液，所述溶胶悬浮液的配置为在聚乙二醇水溶液中加入异丙醇盐，混合均匀；所述铵盐醇溶液的配置为在醇溶液中加入铵盐；

5、s2：在s1获得的铵盐醇溶液中加入前置钠电正极材料，混合均匀后获得混合溶液，将s1获得溶胶悬浮液转移至混合均匀后的混合溶液中；

6、s3：将s2获得产物进行过滤、干燥、烧结，获得本发明的钠电正极材料。

7、本发明的上述设计，本发明的方法在通过对制备方法的设计，减少了钠电正极材料制备过程中钠离子的脱出，具体设计如下，聚乙二醇和异丙醇盐混合形成的溶胶，将s1获得的溶胶转移至s2中时，能在前置钠电正极材料的表面形成一层包覆层，包覆层能束缚前置钠电正极材料中的钠离子的脱出，将钠离子束缚于前置钠电正极材料中，另一方面包覆层能提升钠电正极材料在空气中的稳定性。在此基础上，我们通过在s1中制备的铵盐醇溶液，将前置钠电正极材料置于s1获得铵盐醇溶液中，一方面，铵盐醇溶液能快速的吸收混合溶液中的热量，降低溶液中的温度，从而减缓晶格内na离子低温脱出，并且为溶胶在前置钠电正极材料表面形成均匀的包覆层提供条件和时间，平衡包覆速度；另一方面，s1中制备铵盐醇溶液也能生成少量的h+，能与包覆层共同配合下中和前置钠电正极材料表面部分残碱。并且在本发明中，采用聚乙二醇、醇溶液、和异丙醇盐材料，材料之间具有良好的相容相携作用形成了溶胶悬浮液和铵盐醇溶液两个能够相互协调匹配的溶液体系，有利于两个溶液体系先后加入并形成均匀包覆，从而提升溶液中物质之间的配合，从而有利于包覆层在前置钠电正极材料的表面形成。可见，通过本发明制备的钠电正极材料不仅具有较高的比容量，还具有较少的残碱，将本发明获得的钠电正极材料应用于电池中，有利于提升钠离子电池的电性能。

8、作为进一步方案，本领域技术人员可根据自己的实际需求选择不同的前置钠电正极材料或购买不同的前置钠电正极材料。本发明中的前置钠电正极材料指的是已经对钠电正极材料前驱和钠源初步烧结后或最终获得钠电正极材料。

9、作为本案的一种最佳的示例，所述前置钠电正极材料选择为镍铁锰前置钠电正极材料，镍铁锰前置钠电正极材料具有层状结构，使用本发明的方法包覆更能降低na离子从层状结构中的脱出，能显著的提升最终钠电正极材料的容量。

10、作为进一步方案，所述s1中聚乙二醇水溶液中聚乙二醇的重均分子量为1000-2000。

11、作为进一步方案，所述s1中聚乙二醇水溶液中聚乙二醇的质量占比为2％-4％。

12、作为进一步方案，所述溶胶悬浮液中异丙醇盐的质量占比为3％-5％。

13、作为进一步方案，所述s1中异丙醇盐的添加量为前置钠电正极材料添加质量的0.5％-1.5％；所述s2中转移的s1的溶胶悬浮液的质量不超过20g，且不低于5g。在获得合适的包覆层厚度的基础上，能形成更好的空隙结构；异丙醇盐的添加量会影响包覆层中的孔径大小，当添加量大于1.5％时，会导致孔径结构更为紧密，影响钠离子的脱嵌，而当添加量小于0.5％时，则会导致孔隙结构疏松，一方面会导致包覆层结构的机械性能的下降，另一方面则会导致无法束缚在包覆过程中钠离子的脱出。

14、作为更进一步方案，所述s1中异丙醇盐的添加量为前置钠电正极材料添加质量的0.8％-1.2％；所述s2中转移的s1的溶胶悬浮液的质量不超过17g，且不低于13g。更能形成孔径更为合适的包覆层和空隙结构。

15、作为更进一步方案，所述异丙醇盐包括异丙醇铝、异丙醇钛、异丙醇镁、异丙醇锆中的一种或多种。

16、作为进一步方案，所述s1中的铵盐包括硝酸铵、氯化铵、碳酸铵、硫酸铵中的一种或多种。

17、作为优选方案，所述s1中铵盐包括硝酸铵。硝酸铵溶解快吸热更明显，另外硝酸盐烧结容易分解。

18、作为进一步方案，所述s1中的醇溶液包括乙醇。

19、作为进一步方案，所述s1中的铵盐醇溶液的浓度为10g/l-20g/l；所述s2中前置钠电正极材料在混合溶液中的浓度为80g/100ml-120g/100ml。铵盐醇浓度会直接影响前置钠电正极材料的包覆环境温度，包覆温度会不仅会影响钠离子从晶格中的脱出，也会影响包覆层形成的均匀性和包覆时间。铵盐醇浓度的选择则需要平衡包覆层的速度和钠离子的脱出，使的减少钠离子脱出的同时能实现均匀快速的包覆。铵盐醇浓度和前置钠电正极材料的浓度匹配时，能显著降低前置钠电正极材料中的钠离子的脱出。

20、作为更进一步方案，所述s1中的铵盐醇溶液的浓度为13g/l-17g/l；所述s2中前置钠电正极材料在混合溶液中的浓度为90g/100ml-110g/100ml。能在更为合适的温度下，减少钠离子从晶格中的脱出的同时，具有更好的包覆。

21、作为进一步方案，所述s1获得铵盐醇溶液置于低温恒温水浴槽中。技术人员可以根据实际需要进行调整低温恒温水浴槽的水域温度的范围，最佳的低温范围2℃-10℃。

22、作为进一步方案，所述s2中混合均匀的方式选择搅拌，搅拌2.5min-3.5min。

23、作为进一步方案，所述s2中转移的速度为1g/min-3g/min。转移速度会影响包覆的均匀性。

24、作为更进一步方案，所述s2中转移的速度为1.8g/min-2.2g/min。

25、作为进一步方案，所述s3中过滤的最佳方式为抽滤。

26、作为进一步方案，所述s3中干燥的方式为真空干燥。

27、作为更进一步方案，所述真空干燥的温度为60℃-100℃；所述真空干燥的时间为12h-24h。

28、作为进一步方案，所述s3中烧结为温度为400℃-600℃，烧结的时间为4h-8h。

29、本发明还提供了所述钠电正极材料在正极片、电池或电化学装置中的应用。

30、本发明的特点和有益效果为：

31、(1)本发明的制备方法简单易操作，能减少钠电正极材料制备过程中钠离子的脱出，并且可以减少最终获得钠电正极材料表面的残余碱，并且在最终获得钠电正极材料表面形成了一层包覆层。本发明的制备方法获得了一种高容量的、结构稳定的钠电正极材料。

32、(2)本发明获得钠电正极材料用于电池中，能提升电池的放电比容量和循环性能。