一种钠离子电池正极材料的制备方法与流程

本发明涉及钠离子电池，具体涉及一种钠离子电池正极材料的制备方法。

背景技术：

1、当今化石能源的过度消耗以及它们的燃烧所带来的环境污染等问题日益严峻，能源短缺和环境恶化成为威胁人类生存和发展的核心问题，新能源开发则成为人们亟待解决的重大课题。钠离子电池体系由于具有资源丰富、价格低廉、环境友好以及与锂离子电池相近的电化学性质，近几年受到了广泛关注，为电化学储能尤其是大规模储能提供了新的选择。

2、最近利用钠代替锂的钠基二次电池(以下简称“钠离子电池”)的研究再次受到关注。钠资源储量丰富，如果能用钠代替锂制造二次电池，就可以低成本制造二次电池。

3、为了实现钠离子电池的商用化，对重要材料正极活性物质的研究正在积极进行。特别是具有层状结构的金属氧化物namo2(m＝mn、fe、co、ni等)作为商业化可能性较高的正极活性物质备受关注。但钠离子电池存在随着充放电的多阶段结构变化，寿命劣化加速的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种钠离子电池正极材料的制备方法。

2、本发明公开了一种钠离子电池正极材料的制备方法，包括：

3、将金属盐溶液进行配伍，得到混合金属盐溶液；其中，所述混合金属盐溶液包括氯化物溶液、硫酸盐溶液和硝酸盐溶液中的一种，所述混合金属盐溶液中的金属源包括镍、铁和锰中的一种或多种；

4、将混合金属盐溶液进行喷雾热解，得到前驱体粉末a；

5、将前驱体粉末a与异丙醇溶剂进行混合，得到混合溶液a；

6、将纳米级二氧化钛分散于混合溶液a中，得到混合溶液b；

7、将混合溶液b进行干燥，得到前驱体粉末b；

8、将前驱体粉末b与钠源混合后进行烧结，得到钠离子电池正极材料。

9、作为本发明的进一步改进，钠离子电池正极材料的结构为：nam1-xtixo2；式中，m取ni、fe、mn中的至少一种，0.01<x<0.1。

10、作为本发明的进一步改进，所述喷雾热解的工艺参数包括：

11、混合金属盐溶液为气动雾化进样，压缩空气的压力范围为1～5kg/cm2；

12、溶液雾滴的进料速率为5～35l/min，溶液雾滴的粒径范围为0<d50<300μm，溶液雾滴在焙烧炉中的落体速度为5～40m/s；

13、焙烧炉的炉膛温度为300℃～1000℃，溶液雾滴在炉膛中停留时间为10～30s。

14、作为本发明的进一步改进，所述喷雾热解的工艺参数还包括：

15、焙烧炉的助燃气体为天然气，喷雾热解的喷嘴直径为1～3mm。

16、作为本发明的进一步改进，溶液雾滴的进料速率为7～15l/min，焙烧炉的炉膛温度为500℃～800℃。

17、作为本发明的进一步改进，前驱体粉末a的后处理包括：

18、水洗：水中氯离子浓度<1ppm，水洗固液比为1:10，水洗次数≥2；

19、烘干：烘干温度为90℃～100℃；

20、破碎：采用粉碎研磨筐，经氧化锆磨盘粉碎；

21、筛选：筛选采用100～200目筛。

22、作为本发明的进一步改进，混合溶液b的干燥温度为40～80℃，以使异丙醇进行挥发。

23、作为本发明的进一步改进，钠源为碳酸钠或硫酸钠，钠原子摩尔质量比与前驱体粉末b中混合金属总摩尔质量比为0.9～1.0。

24、作为本发明的进一步改进，前驱体粉末b与钠源混合后在760～960℃下焙烧14～34h，得到钠离子电池正极材料。

25、作为本发明的进一步改进，还包括：

26、将烧结后的钠离子电池正极材料冷却至室温，进行破碎、研磨、筛分。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

28、本发明通过添加异种元素钛来制备掺钛的钠离子电池正极材料，从而抑制钠离子电池充电初期的相变，提高钠离子电池的结构稳定性、输出特性和寿命；

29、本发明钠离子电池前驱体材料的制备工艺为干法工艺，其无需添加任何络合剂或粘结剂，也无需添加酸性或碱性药剂调节ph，使其不产生难处理的高浓度废水，进而极大的降低运行成本；同时，本发明所制得的钠离子电池前驱体材料为纳米级(nm)，工艺步骤简单，原料易得，易于实现，适宜规模化生产应用。

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所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，钠离子电池正极材料的结构为：nam1-xtixo2；式中，m取ni、fe、mn中的至少一种，0.01<x<0.1。

3.如权利要求1或2所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述喷雾热解的工艺参数包括：

4.如权利要求3所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述喷雾热解的工艺参数还包括：

5.如权利要求3所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，溶液雾滴的进料速率为7～15l/min，焙烧炉的炉膛温度为500℃～800℃。

6.如权利要求1或2所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，前驱体粉末a的后处理包括：

7.如权利要求1或2所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，混合溶液b的干燥温度为40～80℃。

8.如权利要求1或2所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，钠源为碳酸钠或硫酸钠，钠原子摩尔质量比与前驱体粉末b中混合金属总摩尔质量比为0.9～1.0。

9.如权利要求1或2所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，前驱体粉末b与钠源混合后在760～960℃下焙烧14～34h，得到钠离子电池正极材料。

10.如权利要求1或2所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，还包括：

技术总结本发明公开了一种钠离子电池正极材料的制备方法，包括：将金属盐溶液进行配伍，得到混合金属盐溶液；其中，混合金属盐溶液中的金属源包括镍、铁和锰中的一种或多种；将混合金属盐溶液进行喷雾热解，得到前驱体粉末A；将前驱体粉末A与异丙醇溶剂进行混合，得到混合溶液A；将纳米级二氧化钛分散于混合溶液A中，得到混合溶液B；将混合溶液B进行干燥，得到前驱体粉末B；将前驱体粉末B与钠源混合后进行烧结，得到钠离子电池正极材料。本发明通过添加异种元素钛来制备掺钛的钠离子电池正极材料，从而抑制钠离子电池充电初期的相变，提高钠离子电池的结构稳定性、输出特性和寿命。技术研发人员：张永,李存彪,李慧艳,张韵茹,张全英,马法兴受保护的技术使用者：钠悦新能源（上海）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29