一种喷雾燃烧热解制备钠离子电池正极材料的方法技术

一种喷雾燃烧热解制备钠离子电池正极材料的方法，其包括如下步骤：STEP101：提供原材料，所述原材料包括纳源、金属化合物、以及溶剂，并将所述钠源以及该金属化合物按比例加入到溶剂中混合均匀，形成混合浆料前驱体；STEP102：将所述混合浆料前驱体以喷雾的方式喷入热解炉内，同时通入氧气或氧气与可燃性气体的混合物，使所述钠源以及金属化合物经过热解或燃烧形成所需的钠离子电池正极材料。本钠离子电池正极材料的方法工艺简单，可控性好，混合浆料在热解炉内由液滴经过燃烧或热解直接形成最终产品，缩短了材料的合成周期，避免了研磨工序杂质的引入，有效地降低了生产成本，提高了材料的纯度，并易于大规模连续性的工业化生产。工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种喷雾燃烧热解制备钠离子电池正极材料的方法


[0001]本专利技术属于钠离子电池领域，特别是一种喷雾燃烧热解制备钠离子电池正极材料的方法。

技术介绍

[0002]目前锂离子电池因具有比容量高、电压高、安全性能好等优点而被广泛应用于手机、相机、笔记本电脑、电动工具、电动自行车及电动汽车等产品，然而，随着不断增长的锂离子电池市场，必然带来锂资源短缺和锂价格上涨的问题，而钠离子电池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，近几年受到广泛关注，为电化学储能提供了新的选择。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比能量和推进其应用的关键。
[0003]目前合成钠离子电池正极材料的方法主要有高温固相反应法，液相沉淀法和溶胶凝胶法。其中高温固相反应法制备正极材料由于原料的混合难以达到绝对的均匀，合成的正极材料的形貌难以控制，材料的尺寸较大，粒径分布不均匀，同时在混料和研磨的过程中会引入杂质，对正极材料电化学性能的改善并不明显。不同于高温固相反应法，液相沉淀法和溶胶凝胶法各组分能够实现分子间的混合，解决了高温固相反应法的混合不均匀问题，同时合成的粉体形貌可控，晶粒尺寸小，粒径分布范围窄，但是沉淀法和凝胶溶胶法具有制备工艺复杂，步骤繁多，同时需要大量的溶剂，生产成本高等缺点，导致难于实现大规模连续性工业化生产。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种喷雾燃烧热解制备钠离子电池正极材料的方法，以可以解决上述问题。
[0005]一种喷雾燃烧热解制备钠离子电池正极材料的方法，其包括如下步骤：
[0006]STEP101：提供原材料，所述原材料包括纳源、金属化合物、以及溶剂，并将所述钠源以及该金属化合物按比例加入到溶剂中混合均匀，形成混合浆料前驱体，所述混合浆料前驱体中金属离子的浓度为4mol/L
‑
8mol/L；
[0007]STEP102：将所述混合浆料前驱体以喷雾的方式喷入热解炉内，同时通入氧气或氧气与可燃性气体的混合物，使所述钠源以及金属化合物经过热解或燃烧形成所需的钠离子电池正极材料，其中，所述热解炉的温度控制在650
‑
1200℃。
[0008]进一步地，在步骤STEP101中，所述原材料还包括掺杂金属化合物，所述掺杂金属化合物为钛掺杂金属化合物、铝掺杂金属化合物、镁掺杂金属化合物、锆掺杂金属化合物、钒掺杂金属化合物、钼掺杂金属化合物、钇掺杂金属化合物、锶掺杂金属化合物、铌掺杂金属化合物、铷掺杂金属化合物、锌掺杂金属化合物中一种或几种的混合物。
[0009]进一步地，所述钠源为钠的金属氧化物、氢氧化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、氯化
盐中的至少一种，所述金属化合物为相应金属的氧化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、氯化盐中的至少一种，所述掺杂金属化合物为相应金属的氧化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、氯化盐中的至少一种。
[0010]进一步地，在步骤STEP101中，所述钠源按化学计量比的0％～180％加入到所述溶剂中混合均匀。
[0011]进一步地，所述溶剂为水或易挥发、可燃性有机溶剂。
[0012]进一步地，在步骤STEP102中，将所述混合浆料前驱体从热解炉的顶部垂直喷入所述热解炉内，并将氧气或氧气与可燃性气体的混合物从所述热解炉的底部沿炉壁切线方向水平喷入所述热解炉内，以使所述钠源以及所述金属化合物充分燃烧。
[0013]进一步地，所述热解炉的温度控制在750
‑
1000℃。
[0014]进一步地，所述混合浆料前驱体中金属离子的浓度为2mol/L～7mol/L。
[0015]进一步地，所述混合浆料前驱体中金属离子的浓度为5mol/L～9mol/L。
[0016]进一步地，所述混合浆料前驱体的注入速度为200
‑
400kg/h。
[0017]与现有技术相比，本专利技术提供的喷雾燃烧热解制备钠离子电池正极材料的方法有以下优点：
[0018](1)该制备方法工艺简单，可控性好，混合浆料在热解炉内由液滴经过燃烧或热解直接形成最终产品，和传统的液相法相比省去了烧结和研磨工序，缩短了材料的合成周期，避免了研磨工序杂质的引入，有效地降低了生产成本，提高了材料的纯度，并易于大规模连续性的工业化生产。
[0019](2)使用该高温自分解氧化方法制备的正极材料纯度高，粒径分布均匀，具有优良的可加工性能和电化学性能。
[0020](3)可通过调整混合浆料的浓度和喷雾速度方便调控正极材料的粒径大小和粒径分布。
[0021](4)在热解炉的底部通入氧气和可燃性气体一方面可使炉内的气氛为氧化环境，促使正极材料前驱体在热解炉内均匀热解氧化，成核并生长，所得的正极材料的晶化程度高；另一方面可燃性气体在炉内和氧气的燃烧反应可以有效提高炉内的温度；再一方面氧气和可燃气体沿炉壁的切线方向水平注入可以在热解炉底部形成漩涡，延长正极材料在高温中的滞留时间，使正极材料的更充分晶化成长，达到更为优异的电化学性能。再者，高温自氧化环境还能够有效去除有机杂质，提高产品纯度。
附图说明
[0022]图1为是本专利技术提供的一种喷雾燃烧热解制备钠离子电池正极材料的方法的流程图。
[0023]图2是实施例1的喷雾燃烧热解制备钠离子电池正极材料的方法的首次充放电曲线图。
[0024]图3是实施例1的喷雾燃烧热解制备钠离子电池正极材料的方法的循环充放电曲线图。
具体实施方式
[0025]以下对本专利技术的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本专利技术实施例的说明并不用于限定本专利技术的保护范围。
[0026]如图1所示，其为本专利技术提供的喷雾燃烧热解制备钠离子电池正极材料的方法的流程图。所述喷雾燃烧热解制备钠离子电池正极材料的方法，其包括如下步骤：
[0027]STEP101：提供原材料，所述原材料包括纳源、金属化合物、掺杂金属化合物、以及溶剂，并将所述钠源、该金属化合物、以及掺杂金属化合物按比例加入到所述溶剂中混合均匀，形成混合浆料前驱体，所述混合浆料前驱体中金属离子的浓度为4mol/L
‑
8mol/L；
[0028]STEP102：将所述混合浆料前驱体以喷雾的方式喷入热解炉内，同时通入氧气或氧气与可燃性气体的混合物，使所述钠源以及金属化合物经过热解或燃烧形成所需的钠离子电池正极材料，其中，所述热解炉的温度控制在650
‑
1200℃。
[0029]由于所制备的钠离子电池正极材料为Na
x
MeO2，其中Me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、镧系元素以及钇、钪等元素中的一种或几种。x为钠的化学计量数，范围为0≤x<1.8。所制成的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种喷雾燃烧热解制备钠离子电池正极材料的方法，其包括如下步骤：STEP101：提供原材料，所述原材料包括纳源、金属化合物、以及溶剂，并将所述钠源以及该金属化合物按比例加入到溶剂中混合均匀，形成混合浆料前驱体，所述混合浆料前驱体中金属离子的浓度为4mol/L
‑
8mol/L；STEP102：将所述混合浆料前驱体以喷雾的方式喷入热解炉内，同时通入氧气或氧气与可燃性气体的混合物，使所述钠源以及金属化合物经过热解或燃烧形成所需的钠离子电池正极材料，其中，所述热解炉的温度控制在650
‑
1200℃。2.如权利要求1所述的喷雾燃烧热解制备钠离子电池正极材料的方法，其特征在于：在步骤STEP101中，所述原材料还包括掺杂金属化合物，所述掺杂金属化合物为钛掺杂金属化合物、铝掺杂金属化合物、镁掺杂金属化合物、锆掺杂金属化合物、钒掺杂金属化合物、钼掺杂金属化合物、钇掺杂金属化合物、锶掺杂金属化合物、铌掺杂金属化合物、铷掺杂金属化合物、锌掺杂金属化合物中一种或几种的混合物。3.如权利要求2所述的喷雾燃烧热解制备钠离子电池正极材料的方法，其特征在于：所述钠源为钠的金属氧化物、氢氧化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、氯化盐中的至少一种，所述金属化合物为相应金属的氧化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、氯化盐中的至少一种，所述掺杂金属化合物为相应金属的氧化物、硝酸盐...

【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：