一种锂钠混合电池正极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及混合锂钠电池，具体涉及一种锂钠混合电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着化石燃料的日益消耗和环境的污染，新型绿色能源已成为全球科学家的热门话题。其中，锂离子电池作为一种新能源的电化学储能装置，其具有高电压、高能量/功率密度和长寿命等优点，但锂资源的稀缺性和分布不均的原因导致锂资源成本较高，进而限制了锂离子电池在电力储能中的广泛应用，而相较于锂离子电池而言，钠离子电池具有成本低、资源丰富等优势，但na+与li+相比，na+具有较低的电离势和较大的离子半径，这导致钠离子电池的能量密度低且na+在电极中的扩散缓慢，从而造成钠离子电池的应用前景不佳。

2、由于钠离子电池的工作原理与锂离子电池非常相似，许多钠插入化合物可以被认为是锂宿主，因此也可以作为锂离子电池的电极材料。因此，一些研究人员引入了混合离子系统的概念来提高钠离子电池的性能。而其与传统的单一金属离子电池相比，混合离子电池有更多的金属离子(li+、na+)在电极之间穿梭，共同承担储能的作用。因此，锂钠混合电池结合了锂离子电池和钠离子电池的优点，表现出更优越的倍率和循环性能。但在以往的研究中，锂钠混合电池在比容量方面没有明显的提升。另外，锂钠混合电池在充放电过程中存在li+和na+的竞争性插入，从而导致正极材料在充放电过程中的结构稳定性变差，进而降低锂钠混合电池的循环稳定性。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有锂钠混合电池正极材料的比容量低以及循环稳定性差的缺陷，从而提供解决上述问题的一种锂钠混合电池正极材料及其制备方法和应用。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种锂钠混合电池正极材料的制备方法，包括：

4、获取混合物料：依据预获取的锂钠混合电池正极材料的化学式为naxli1-xniafebmnczndtieo2称取钠源、锂源、镍源、铁源、锰源、锌源、钛源并进行混匀处理得到混合物料，其中，0.8≤x<1.0，0.20＜a＜0.33，0.33＜b＜0.45，0.20＜c＜0.33，0＜d＜0.05，0＜e＜0.05，2a+3b+4c+2d+4e＝3，钠源和锂源的用量在理论摩尔量的基础上过量1-5％；

5、烧结处理：对混合物料进行三段式烧结处理得到锂钠混合电池正极材料；其中，第一次烧结处理的温度为500-600℃，第二次烧结处理的温度为750-850℃，第三次烧结处理的温度为950-1100℃。

6、优选地，所述钠源为钠的碳酸盐；

7、和/或，所述锂源为锂的碳酸盐；

8、和/或，所述镍源为镍的氧化物；

9、和/或，所述铁源为铁的氧化物；

10、和/或，所述锰源为锰的氧化物；

11、和/或，所述锌源为锌的氧化物；

12、和/或，所述钛源为钛的氧化物。

13、优选地，所述钠的碳酸盐为na2co3；

14、和/或，所述锂的碳酸盐为li2co3；

15、和/或，所述镍的氧化物为nio；

16、和/或，所述铁的氧化物为fe2o3；

17、和/或，所述锰的氧化物为mno2；

18、和/或，所述锌的氧化物为zno；

19、和/或，所述钛的氧化物为tio2。

20、优选地，所述烧结处理的反应气氛为空气气氛。

21、优选地，所述第一次烧结处理的升温速率为1-5℃/min；

22、和/或，所述第一次烧结处理的时长为1-5h。

23、优选地，所述第二次烧结处理的升温速率为1-5℃/min；

24、和/或，所述第二次烧结处理的时长为1-5h。

25、优选地，所述第三次烧结处理的升温速率为1-5℃/min；

26、和/或，所述第三次烧结处理的时长为8-20h。

27、优选地，所述第三次烧结处理后随炉冷却至室温；

28、和/或，所述第三次烧结处理后还进行破碎研磨并筛分处理。

29、本发明还提供一种锂钠混合电池正极材料，其由上述的锂钠混合电池正极材料的制备方法制备得到。

30、本发明还提供上述的锂钠混合电池正极材料在锂钠混合电池中的应用。

31、在本发明中，钠源和锂源的用量在理论摩尔量的基础上过量1-5％，以补充高温煅烧时钠、锂元素的挥发。

32、本发明技术方案，具有如下优点：

33、一种锂钠混合电池正极材料的制备方法，包括：获取混合物料：依据预获取的锂钠混合电池正极材料的化学式为naxli1-xniafebmnczndtieo2称取钠源、锂源、镍源、铁源、锰源、锌源、钛源并进行混匀处理得到混合物料，其中，0.8≤x<1.0，0.20＜a＜0.33，0.33＜b＜0.45，0.20＜c＜0.33，0＜d＜0.05，0＜e＜0.05，2a+3b+4c+2d+4e＝3，钠源和锂源的用量在理论摩尔量的基础上过量1-5％；烧结处理：对混合物料进行三段式烧结处理得到锂钠混合电池正极材料；其中，第一次烧结处理的温度为500-600℃，第二次烧结处理的温度为750-850℃，第三次烧结处理的温度为950-1100℃。本发明在锂钠混合电池正极材料成分搭配的基础上，进一步结合锂源和钠源的熔点差异性角度进行方案设计，在本发明烧结处理步骤中，先进行第一次烧结处理以使锂盐先熔融并与部分氧化物合成litmo2(tm＝ni，mn等)，再进行第二次烧结处理使钠盐开始熔融并在litmo2基础上继续反应合成naylixtmo2，最后进行第三次烧结处理制得锂钠混合电池正极材料。即，采取钠离子去攻占litmo2中的li位点的方式进行正极材料获取，而且由于钠离子的半径大于锂离子的半径，使得材料的层间距增大，便于充放电过程中锂离子的脱嵌，从而锂的利用率得到有效提高。本发明通过三段式烧结工艺并结合锂钠混合电池正极材料成分搭配，从而实现比容量与结构稳定性的显著提升。

技术特征：

1.一种锂钠混合电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钠源为钠的碳酸盐；

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述钠的碳酸盐为na2co3；

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的反应气氛为空气气氛。

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一次烧结处理的升温速率为1-5℃/min；

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二次烧结处理的升温速率为1-5℃/min；

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第三次烧结处理的升温速率为1-5℃/min；

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第三次烧结处理后随炉冷却至室温；

9.一种锂钠混合电池正极材料，其特征在于，其由上述权利要求1-8任一项所述的锂钠混合电池正极材料的制备方法制备得到。

10.权利要求9所述的锂钠混合电池正极材料在锂钠混合电池中的应用。

技术总结本发明涉及混合锂钠电池技术领域，具体涉及一种锂钠混合电池正极材料及其制备方法和应用。其中，一种锂钠混合电池正极材料的制备方法，包括：获取混合物料：依据预获取的锂钠混合电池正极材料的化学式为Na<subgt;x</subgt;Li<subgt;1‑</subgt;<subgt;x</subgt;Ni<subgt;a</subgt;Fe<subgt;b</subgt;Mn<subgt;c</subgt;Zn<subgt;d</subgt;Ti<subgt;e</subgt;O<subgt;2</subgt;称取钠源、锂源、镍源、铁源、锰源、锌源、钛源并进行混匀处理得到混合物料；烧结处理：对混合物料进行三段式烧结处理得到锂钠混合电池正极材料。本发明通过三段式烧结工艺并结合锂钠混合电池正极材料成分搭配，从而实现比容量与结构稳定性的显著提升。技术研发人员：许开华,桑雨辰,张志力,邢利生,陈官华,陈玉君,施杨受保护的技术使用者：格林美（无锡）能源材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27