改性钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池与流程

本发明涉及钠离子电池，尤其是涉及一种改性钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池。

背景技术：

1、近年来，锂资源短缺导致锂离子电池成本上升，储量丰富且成本更低的钠再次走进人们视野。钠离子电池能量密度没有锂离子电池高，但其稳定的电化学性能和较高的性价比使其在储能、两轮车等领域有突出优势。钠离子电池结构和原理类似于锂离子电池，钠离子电池正极材料主要有层状金属氧化物、普鲁士蓝、聚阴离子等。其中层状金属氧化物能量密度高、合成相对简单、其结构与锂离子电池正极材料结构类似，应用范围较为广泛。

2、常规钠离子电池层状氧化物正极材料由于钠离子半径较大，脱嵌过程中容易造成层状结构损坏，导致材料循环性能较差。此外，钠离子电池层状氧化物正极材料的空气稳定性差、吸水性较强，材料表面吸附水分子后，会导致体相中钠离子析出，使材料晶体结构发生变化甚至被破坏，最终会使电池出现克容量低、循环性能差的问题。

3、因此，如何提升钠离子电池层状氧化物正极材料的克容量和循环性能，是本技术领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供了一种改性钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池，本发明通过采用水洗包覆法对层状氧化物正极材料进行高分子导电聚合物包覆，提升了层状氧化物正极材料的克容量和循环性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种改性钠离子电池正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

4、s1、称取m源和钠源，将所述m源与所述钠源混合均匀后进行煅烧，得到混合物1，其中，所述m源包括ni源、fe源、mn源、cu源、co源中的至少一种；

5、s2、将高分子导电聚合物加入到水洗釜中的水中，再将所述混合物1加入所述水洗釜中，经搅拌后得到混合物2；

6、s3、将步骤s2中混合物2进行离心、干燥处理，得到改性钠离子电池正极材料。

7、本发明通过采用水洗包覆法对层状氧化物正极材料进行高分子导电聚合物包覆，提升了层状氧化物正极材料的克容量和循环性能。

8、进一步的，所述ni源包括硫酸镍、硝酸镍中的至少一种，所述fe源包括硫酸铁、硝酸铁中的至少一种，所述mn源包括硫酸锰、硝酸锰中的至少一种，所述cu源包括硫酸铜、硝酸铜中的至少一种，所述co源包括硫酸钴、硝酸钴中的至少一种，所述钠源包括碳酸钠、氯化钠，硫酸钠中的至少一种。

9、进一步的，所述高分子导电聚合物包括pedot、聚噻吩、聚吡咯中的至少一种；

10、和/或，在步骤s2中，所述高分子导电聚合物以高分子导电聚合物/pss的水溶液的形式加入到所述水洗釜中的水中。

11、进一步的，在步骤s2中，所述高分子导电聚合物/pss的水溶液中高分子导电聚合物的质量百分数为0.8％～2.5％，pss的质量百分数为2.5％～4.2％。

12、进一步的，在步骤s1中，按照化学计量比称取m源，所述m源中m元素与所述钠源中钠元素的摩尔比为1：(1～1.05)，所述混合物1的化学通式为naxmo2，其中，0.67≤x≤1，所述m包括ni、fe、mn、cu、co中的至少一种，所述煅烧的气氛包括空气，所述煅烧的温度为850℃～950℃，所述煅烧的时间为10h～20h。

13、进一步的，在步骤s2中，所述混合物1中钠元素与所述高分子导电聚合物的质量比为1：(0.01～0.09)；所述水洗釜中的水与所述混合物1的质量比为(0.5～1.5):1。

14、进一步的，在步骤s2中，所述水洗釜中的水包括去离子水；

15、和/或，在步骤s2中，所述搅拌的速度为100～200r/min，所述搅拌的时间为0.5h～1.5h；

16、和/或，在步骤s2中，所述混合物1经粉碎筛分后加入所述水洗釜中，经粉碎筛分后的混合物1的粒径范围为9μm～13μm。

17、进一步的，在步骤s3中，所述干燥的温度为70～100℃，所述干燥的时间为3～5h。

18、第二方面，本发明提供了一种改性钠离子电池正极材料，其特征在于，所述改性钠离子电池正极材料由第一方面所述制备方法制得，所述改性钠离子电池正极材料包括钠离子电池层状氧化物正极材料和包覆物，其中，所述钠离子电池层状氧化物正极材料的化学通式为naxmo2，0.67≤x≤1，所述m包括ni、fe、mn、cu、co中的至少一种，所述包覆物包括所述高分子导电聚合物。

19、第三方面，本发明提供了一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池的正极包括由第一方面所述的制备方法制备的改性钠离子电池正极材料或第二方面所述的改性钠离子电池正极材料。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括以下一项：

21、(1)本发明通过采用水洗包覆法对层状氧化物正极材料进行高分子导电聚合物包覆，提升了层状氧化物正极材料的克容量和循环性能。

22、(2)与现有技术相比，本发明提供的改性钠离子电池正极材料，其在常温25℃下，2.0-4.3v电压区间0.1c克容量可以达到135.1mah/g，0.1c/0.5c电流密度下循环50次后容量保持率可以达到76％，而未改性的钠离子电池正极材料在同样条件下0.1c克容量为128.4mah/g，容量保持率只有68％左右，且其衰减趋势大于改性后的钠离子电池正极材料。改性后的钠离子电池正极材料克容量较高、循环性能较好、容量衰减较小。

23、(3)与现有技术相比，本发明提供的改性钠离子电池正极材料的制备方法工艺较为简单，其所用包覆物为高分子导电聚合物，与正极材料混合后无需二次煅烧，降低了生产成本。

技术特征：

1.一种改性钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的改性钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述ni源包括硫酸镍、硝酸镍中的至少一种，所述fe源包括硫酸铁、硝酸铁中的至少一种，所述mn源包括硫酸锰、硝酸锰中的至少一种，所述cu源包括硫酸铜、硝酸铜中的至少一种，所述co源包括硫酸钴、硝酸钴中的至少一种，所述钠源包括碳酸钠、氯化钠，硫酸钠中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的改性钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述高分子导电聚合物包括pedot、聚噻吩、聚吡咯中的至少一种；

4.根据权利要求3所述的改性钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述高分子导电聚合物/pss的水溶液中高分子导电聚合物的质量百分数为0.8％～2.5％，pss的质量百分数为2.5％～4.2％。

5.根据权利要求1所述的改性钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，按照化学计量比称取m源，所述m源中m元素与所述钠源中钠元素的摩尔比为1：(1～1.05)，所述混合物1的化学通式为naxmo2，其中，0.67≤x≤1，所述m包括ni、fe、mn、cu、co中的至少一种，所述煅烧的气氛包括空气，所述煅烧的温度为850℃～950℃，所述煅烧的时间为10h～20h。

6.根据权利要求1所述的改性钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述混合物1中钠元素与所述高分子导电聚合物的质量比为1：(0.01～0.09)；所述水洗釜中的水与所述混合物1的质量比为(0.5～1.5):1。

7.根据权利要求1所述的改性钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述水洗釜中的水包括去离子水；

8.根据权利要求1所述的改性钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，所述干燥的温度为70～100℃，所述干燥的时间为3～5h。

9.一种改性钠离子电池正极材料，其特征在于，所述改性钠离子电池正极材料由权利要求1-8中任一项所述制备方法制得，所述改性钠离子电池正极材料包括钠离子电池层状氧化物正极材料和包覆物，其中，所述钠离子电池层状氧化物正极材料的化学通式为naxmo2，0.67≤x≤1，所述m包括ni、fe、mn、cu、co中的至少一种，所述包覆物包括所述高分子导电聚合物。

10.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池的正极包括由权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备的改性钠离子电池正极材料或权利要求9所述的改性钠离子电池正极材料。

技术总结本发明涉及钠离子电池技术领域，尤其是涉及一种改性钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池，所述制备方法包括以下步骤：S1、称取M源和钠源，将所述M源与所述钠源混合均匀后进行煅烧，得到混合物1，其中，所述M源包括Ni源、Fe源、Mn源、Cu源、Co源中的至少一种；S2、将高分子导电聚合物加入到水洗釜中的水中，再将所述混合物1加入所述水洗釜中，经搅拌后得到混合物2；S3、将步骤S2中混合物2进行离心、干燥处理，得到改性钠离子电池正极材料。本发明通过采用水洗包覆法对层状氧化物正极材料进行高分子导电聚合物包覆，提升了层状氧化物正极材料的克容量和循环性能。技术研发人员：周雷受保护的技术使用者：孝感楚能新能源创新科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14