钠离子电池的纳米级前驱体、复合正极材料及制备方法技术

钠离子电池的纳米级前驱体、复合正极材料及制备方法，所述钠离子电池的纳米级前驱体，其通式为M

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池的纳米级前驱体、复合正极材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及钠离子电池领域，特别涉及是钠离子电池的纳米级前驱体、复合正极材料及制备方法。

技术介绍

[0002]随着技术的进步以及新国标的推动下，锂电池凭借着环保、使用寿命长、质量相对较轻等优势，在电动自行车领域、电动汽车、电动工具、3C数码产品等领域的应用愈发广泛。高工产研锂电研究所(GGII)调研数据显示，2020年中国正极材料的出货量达到51万吨，镍钴锰酸锂三元材料与磷酸铁锂市场占比排名前二。
[0003]但是，由于锂离子电池受上游原材料的供应以及价格变化影响较大，存在发展瓶颈，而钠离子电池凭借资源丰富、价格低廉等优势，逐渐成为储能领域的研究热点。然而，钠离子具有较大的离子半径和较慢的动力学速率，成为制约储能材料发展的主要因素，而发展高性能的嵌钠正极材料是提高钠离子电池的比能量以及推进钠离子电池应用的关键。
[0004]目前钠离子电池研究的正极材料体系，包括过渡金属氧化物、聚阴离子类材料、普鲁士蓝类化合物、有机分子和聚合物、非晶材料等方面。为了改善嵌钠正极材料的电化学性能，常用的方法是对该嵌纳正极材料进行结构掺杂改性或表面包覆改性等。但是通常单纯对一种材料的简单包覆和掺杂并不能达到十分满意的效果，且通常改性成本比较高，使得离规模化生产与最终的工业化还有很远的距离。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种钠离子复合正材料的纳米级前驱体、复合正极材料及制备方法，其克服现有技术的不足，具体地，其采用两种或多种前驱体按一定比例进行混合烧结得到该钠离子复合正极材料，同时对钠离子复合正极材料进行改性处理以提高其比容量、循环性能、及倍率性能。
[0006]钠离子电池的纳米级前驱体，其通式为M
y
(OH)2或M
y
O
z
，0.8≤y≤1，0.8≤z<3，元素M为金属元素和稀土元素以及非金属元素中的一种、两种、或三种。所述元素M为五种及以下元素的任意组合。所述金属元素为镍、钴、铝、锰、锂、钾、钡、铁、钙、铜、锌、钛、镁、锆、锶、铬、锡、锑、钨、铌、钼、钒、钯、铋、铯、铪、钽、钋、镓、铟、铊中的一种或几种。所述稀土元素为镧系元素以及、钇、钪中的一种或几种。所述非金属元素为硫、硼、硅、砷、磷、硒、碲、氟、碘、砹中的一种或几种。
[0007]一种复合正极材料，其化学通式为其中0≤n≤1，且2≤a≤100，a为整数，0.9<x：y<1.8，1≤x≤1.2，0.8≤y≤1，M为金属元素和稀土元素以及非金属元素中的五种及以下元素的任意组合。所述金属元素为镍、钴、铝、锰、锂、钾、钡、铁、钙、铜、锌、钛、镁、锆、锶、铬、锡、锑、钨、铌、钼、钒、钯、铋、铯、铪、钽、钋、镓、铟、铊中的一种或几种，所述稀土元素为镧系元素以及、钇、钪中的一种或几种。所述非金属元素为硫、硼、硅、砷、磷、硒、碲、氟、碘、砹中的一种或几种。
[0008]一种制备如权利要求2所述的复合正极材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0009]STEP101：将含有元素M的可溶性盐按照预定的摩尔比溶于一定量的去离子水中，配置得混合盐溶液，所述元素M为金属元素和稀土元素以及非金属元素中的一种、两种、或三种，所述元素M为五种及以下元素的任意组合，所述金属元素为镍、钴、铝、锰、锂、钾、钡、铁、钙、铜、锌、钛、镁、锆、锶、铬、锡、锑、钨、铌、钼、钒、钯、铋、铯、铪、钽、钋、镓、铟、铊中的一种或几种，所述稀土元素为镧系元素以及、钇、钪中的一种或几种，所述非金属元素为硫、硼、硅、砷、磷、硒、碲、氟、碘、砹中的一种或几种；
[0010]STEP102：将NaOH和氨水溶解在去离子水中配置成混合碱溶液；
[0011]STEP103：将上述混合盐溶液与混合碱溶液以一定速度加入去离子水中，调节pH值于8～12，反应一段时间后，经过水洗、干燥、过筛后得到纳米级三元前驱体M
y
(OH)2；
[0012]STEP104：重复STEP101至STEP103至少两次以获得由不同元素制成的纳米级三元前驱体M
y
(OH)2，其中每一种前驱体之间至少有一个元素成分不同或者元素成分的摩尔比例不同；
[0013]STEP105：将STEP104所得的所有纳米级三元前驱体按一定比例混合均匀，得到纳米级混合前驱体的粉体；
[0014]STEP106：将所述纳米级混合前驱体的粉体与钠源按一定比例混合均匀，在氧气或空气气氛中高温煅烧，经过冷却、研磨、过筛得到钠离子复合正极材料，所述纳离子复合正极材料的化学通式为其中0≤n≤1，且2≤a≤100，a为整数且a与在STEP104中所获得三元前驱体M
y
(OH)2的种类相同，0.9<x：y<1.8，1≤x≤1.2，0.8≤y≤1，M为金属元素和稀土元素以及非金属元素中的五种及以下元素的任意组合，所述金属元素为镍、钴、铝、锰、锂、钾、钡、铁、钙、铜、锌、钛、镁、锆、锶、铬、锡、锑、钨、铌、钼、钒、钯、铋、铯、铪、钽、钋、镓、铟、铊中的一种或几种，所述稀土元素为镧系元素以及、钇、钪中的一种或几种，所述非金属元素为硫、硼、硅、砷、磷、硒、碲、氟、碘、砹中的一种或几种；
[0015]STEP107：将复合正极材料进行改性处理。
[0016]进一步地，所述的pH值8～12可分为高pH值成核阶段和低pH值生长阶段，所述高pH值成核阶段的pH值为10～12，所述低pH值生长阶段的pH值为8～10。
[0017]进一步地，所述的钠源为碳酸钠、氢氧化钠、醋酸钠、氯化钠和硫酸钠中的一种或几种；所述的钠源以钠元素计的总和与混合纳米级前驱体以其含有的金属计的总和的摩尔比为0.9～1.8：1。
[0018]进一步地，所述的所有纳米级前驱体的含量比为任意比。
[0019]一种制备所述的复合正极材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0020]STEP201：将含有元素M的可溶性盐按照预定的摩尔比溶于一定量的去离子水中，配置得混合盐溶液，所述元素M为金属元素和稀土元素以及非金属元素中的一种、两种、或三种，所述元素M为五种及以下元素的任意组合，所述金属元素为镍、钴、铝、锰、锂、钾、钡、铁、钙、铜、锌、钛、镁、锆、锶、铬、锡、锑、钨、铌、钼、钒、钯、铋、铯、铪、钽、钋、镓、铟、铊中的一种或几种，所述稀土元素为镧系元素以及、钇、钪中的一种或几种，所述非金属元素为硫、硼、硅、砷、磷、硒、碲、氟、碘、砹中的一种或几种；
[0021]STEP202：将所述混合盐溶液经超声雾化后，由载气载入热解炉，热解得到三元氧
化物前驱体M
y
O
z
，0.8≤y≤1，0.8≤z<3，；
[0022]STEP203：重复STEP201至STEP202至少两次以获得由不同元素制成的纳米级三元前驱体M
y...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.钠离子电池的纳米级前驱体，其特征在于：所述钠离子电池的纳米级前驱体的通式为M
y
(OH)2或M
y
O
z
，0.8≤y≤1，0.8≤z<3，元素M为金属元素和稀土元素以及非金属元素中的一种、两种、或三种，所述元素M为五种及以下元素的任意组合，所述金属元素为镍、钴、铝、锰、锂、钾、钡、铁、钙、铜、锌、钛、镁、锆、锶、铬、锡、锑、钨、铌、钼、钒、钯、铋、铯、铪、钽、钋、镓、铟、铊中的一种或几种，所述稀土元素为镧系元素以及、钇、钪中的一种或几种，所述非金属元素为硫、硼、硅、砷、磷、硒、碲、氟、碘、砹中的一种或几种。2.一种复合正极材料，其特征在于：所述复合正极材料的化学通式为其中0≤n≤1，且2≤a≤100，a为整数，0.9<x：y<1.8，1≤x≤1.2，0.8≤y≤1，M为金属元素和稀土元素以及非金属元素中的五种及以下元素的任意组合，所述金属元素为镍、钴、铝、锰、锂、钾、钡、铁、钙、铜、锌、钛、镁、锆、锶、铬、锡、锑、钨、铌、钼、钒、钯、铋、铯、铪、钽、钋、镓、铟、铊中的一种或几种，所述稀土元素为镧系元素以及、钇、钪中的一种或几种，所述非金属元素为硫、硼、硅、砷、磷、硒、碲、氟、碘、砹中的一种或几种。3.一种制备如权利要求2所述的复合正极材料的制备方法，其包括如下步骤：STEP101：将含有元素M的可溶性盐按照预定的摩尔比溶于一定量的去离子水中，配置得混合盐溶液，所述元素M为金属元素和稀土元素以及非金属元素中的一种、两种、或三种，所述元素M为五种及以下元素的任意组合，所述金属元素为镍、钴、铝、锰、锂、钾、钡、铁、钙、铜、锌、钛、镁、锆、锶、铬、锡、锑、钨、铌、钼、钒、钯、铋、铯、铪、钽、钋、镓、铟、铊中的一种或几种，所述稀土元素为镧系元素以及、钇、钪中的一种或几种，所述非金属元素为硫、硼、硅、砷、磷、硒、碲、氟、碘、砹中的一种或几种；STEP102：将NaOH和氨水溶解在去离子水中配置成混合碱溶液；STEP103：将上述混合盐溶液与混合碱溶液以一定速度加入去离子水中，调节pH值于8～12，反应一段时间后，经过水洗、干燥、过筛后得到纳米级三元前驱体M
y
(OH)2；STEP104：重复STEP101至STEP103至少两次以获得由不同元素制成的纳米级三元前驱体M
y
(OH)2，其中每一种前驱体之间至少有一个元素成分不同或者元素成分的摩尔比例不同；STEP105：将STEP104所得的所有纳米级三元前驱体按一定比例混合均匀，得到纳米级混合前驱体的粉体；STEP106：将所述纳米级混合前驱体的粉体与钠源按一定比例混合均匀，在氧气或空气气氛中高温煅烧，经过冷却、研磨、过筛得到钠离子复合正极材料，所述纳离子复合正极材料的化学通式为其中0≤n≤1，且2≤a≤100，a为整数且a与在STEP104中所获得三元前驱体M
y
(OH)2的种类相同，0.9<x：y<1.8，1≤x≤1.2，0.8≤y≤1，M为金属元素和稀土元素以及非金属元素中的五种及以下元素的任意组合，所述金属元素为镍、钴、铝、锰、锂、钾、钡、铁、钙、铜、锌、钛、镁、锆、锶、铬、锡、锑、钨、铌、钼、钒、钯、铋、铯、铪、钽、钋、镓、铟、铊中的一种或几种，所述稀土元素为镧系元素以及、钇、钪中的一种或几种，所述非金属元素为硫、硼、硅、砷、磷、硒、碲、氟、碘、砹中的一种或几种；STEP107：将复合正极材料进行改性处理。4.如权利要求3所述的复合正极材料的制备方法，其特征在于：所述的pH值8～12可分
为高pH值成核阶段和低pH值生长阶段，所述高pH值成核阶段的pH值为10～12，所述低pH值生长阶段的pH值为8～10。5.如权利要求3所述的复合正极材料的制备方法，其特征在于：所述的钠源为碳酸钠、氢氧化钠、醋酸钠、氯化钠和硫酸钠中的一种或几种；所述的钠源以钠元素计的总和与混合纳米级前驱体以其含有的金属计的总和的摩尔比为0.9～1.8：1。6.如权利要求3所述的复合正极材料的制备方法，其特征在于：所述的所有纳米级前驱体的含量比为任意比。7.一种制备如权利要求2所述的复合正极材料的制备方法，其包括如下步骤：STEP201：将含有元素M的可溶性盐按照预定的摩尔比溶于一定量的去离子水中，配置得混合盐溶液，所述元素M为金属元素和稀土元素以及非金属元素中的一种、两种、或三种，所述元素M为五种及以下元素的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨张萍，韩珽，陈英，
申请(专利权)人：浙江美达瑞新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：