一种包覆型钠离子电池正极材料及其制备方法和应用

本发明属于钠离子电池材料，具体涉及一种包覆型钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着电动汽车和智能电网等新兴应用的发展，人类对能量储存与转换器件提出了更高要求，具有高性能及低成本特性的二次电池体系得到了广泛研究。由于钠资源丰富，价格低廉且具有和锂相似的物化性质，钠离子电池被认为是一种极有可能在某些应用中替代锂离子电池的新型能量存储设备；而钠离子电池正极材料对其电化学性能具有至关重要的影响。

2、目前主流的正极材料包括层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类似物及有机正极材料；其中层状过渡金属氧化物具有能量密度高、种类多、合成工艺简单等优点，是最有竞争力的钠离子电池正极材料之一。在现有技术中，o3型natmo2(tm为过渡金属)作为钠离子电池的正极材料具有钠离子储层充足、容量大及合成简单的优点，同时也存在充放电过程中发生频繁相变导致电池结构的不稳定和较差的倍率性能等问题，这些问题限制了o3型natmo2(tm为过渡金属)的应用。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是：提供一种包覆型钠离子电池正极材料及其制备方法和应用，以解决钠离子电池正极材料循环稳定性及倍率性能差的问题。

2、为解决其技术问题所采取的技术方案是，提供一种包覆型钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)将钠盐、氧化镍及氧化锰混合，经球磨、干燥、压片后于800～1000℃条件下煅烧11～13h，得nani0.5mn0.5o2正极材料；

4、(2)将nani0.5mn0.5o2正极材料与tio2粉末混合，经球磨、干燥后于400～600℃条件下煅烧4～6h，得包覆型钠离子电池正极材料。

5、本发明采用上述技术方案的有益效果为：利用高温固相法在nani0.5mn0.5o2正极材料表面包覆tio2可有效减少nani0.5mn0.5o2正极材料与电解质的直接接触，从而减少电极材料与电解质界面的副反应，表现出优异的电池性能；同时，包覆了tio2的nani0.5mn0.5o2正极材料活性部分不受空气中的水分及二氧化碳的影响，可有效减少正极材料表面绝缘物质的形成，以保持nani0.5mn0.5o2正极材料优异的电学性能；利用无水乙醇进行球磨可促进颗粒细化和分散，防止颗粒聚集和凝结，同时可降低球磨过程中颗粒之间的碰撞和摩擦阻力，有利于提高球磨效率。

6、优选的，步骤(1)中压片所用压力为18～22mpa，压片制成直径为240～260mm，厚度为2～3mm的圆片。

7、优选的，步骤(1)中钠盐为无水碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠、溴化钠或氟化钠。

8、更优选的，钠盐为无水碳酸钠。

9、更优选的，无水碳酸钠、氧化镍及氧化锰的化学计量比为0.5:0.5:0.25。

10、优选的，步骤(1)及步骤(2)中球磨转速均为200～250rpm，球磨时间均为1.5～2.5h。

11、优选的，tio2的质量占nani0.5mn0.5o2质量的0.5～3％。

12、优选的，tio2的质量占nani0.5mn0.5o2质量的1.5％。

13、本发明采用优选技术方案的有益效果为：在nani0.5mn0.5o2表面包覆其质量1.5％的tio2可有效防止nani0.5mn0.5o2表面活性部分受到空气中的水分和co2的影响，减少nani0.5mn0.5o2材料表面naoh和na2co3等绝缘物质的形成，保持结构的完整性及稳定性。

14、优选的，步骤(1)及步骤(2)中煅烧升温速率均为2.5～3.5℃/min。

15、本发明采用优选技术方案的有益效果为：将煅烧的升温速率控制在2.5～3.5℃/min范围内可避免急速升温造成的受热不均匀、品质稳定性差及能源消耗巨大的问题。

16、本发明还提供上述的制备方法制备的包覆型钠离子电池正极材料；包覆型钠离子电池正极材料颗粒大小为1～3μm。

17、本发明还提供上述包覆型钠离子电池正极材料在制备钠离子电池中的应用。

18、包覆型钠离子电池正极材料在制备钠离子电池中的应用包括以下步骤：

19、将包覆型钠离子电池正极材料溶解于n-甲基吡咯烷酮中，再加入导电碳黑和聚偏氟乙烯并研磨至混合，得浆液；将浆液涂布在铝箔上并于55～65℃条件下干燥23～25h，得正极极片；将高氯酸钠溶解于碳酸乙烯及碳酸二乙烯的混合溶液中，得电解液；将正负极片及隔膜层叠放置并添加电解液，封装得纽扣电池。

20、本发明具有以下有益效果：

21、(1)本发明通过利用高温固相法，在o3型nani0.5mn0.5o2正极材料的基础上通过tio2表面包覆减少了材料表面绝缘物质的形成；还避免了电极材料与电解质的直接接触，从而减少了电极材料与电解质界面的副反应，并实现优异的电池性能。

22、(2)本发明的制备方法简单、成本低且效率高，制备的包覆型钠离子电池正极材料重复性好且纯度较高，可实现大规模工业化生产。

23、(3)本发明的包覆型钠离子电池正极材料具有较高的可逆容量和优异的电化学性能。

技术特征：

1.一种包覆型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的包覆型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钠盐为无水碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠、溴化钠或氟化钠。

3.如权利要求1所述的包覆型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)及步骤(2)中球磨转速均为200～250rpm，球磨时间均为1.5～2.5h。

4.如权利要求1所述的包覆型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述tio2的质量占nani0.5mn0.5o2质量的0.5～3％。

5.如权利要求4所述的包覆型钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述tio2的质量占nani0.5mn0.5o2质量的1.5％。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)及步骤(2)中煅烧升温速率均为2.5～3.5℃/min。

7.权利要求1～6任一项所述的制备方法制备的包覆型钠离子电池正极材料。

8.权利要求7所述的包覆型钠离子电池正极材料在制备钠离子电池中的应用。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种包覆型钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。包覆型钠离子电池正极材料经过以下步骤制得：(1)将钠盐、氧化镍及氧化锰混合，经球磨、干燥、压片后于800～1000℃条件下煅烧11～13h，得NaNi<subgt;0.5</subgt;Mn<subgt;0.5</subgt;O<subgt;2</subgt;正极材料；(2)将NaNi<subgt;0.5</subgt;Mn<subgt;0.5</subgt;O<subgt;2</subgt;正极材料与TiO<subgt;2</subgt;粉末混合，经球磨、干燥后于400～600℃条件下煅烧4～6h，得包覆型钠离子电池正极材料。本发明制备的包覆型钠离子电池正极材料可有效减少电极材料与电解质界面的副反应，具有优异的循环稳定性及倍率性能。

技术研发人员：姚卫棠,苗小强,赖鑫,余礼涛,马文杰,孔清泉,安旭光,张靖
受保护的技术使用者：成都大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17