一种层状结构钠离子电池正极材料前驱体及其制备方法技术

一种层状结构钠离子电池正极材料前驱体，化学式为Ni

A precursor of cathode material for layered sodium ion battery and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种层状结构钠离子电池正极材料前驱体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，具体涉及一种层状结构钠离子电池正极材料前驱体及其制备方法。

技术介绍

[0002]新能源汽车的快速发展引发了夺“锂”大战，锂资源相对短缺，进而导致锂离子电池的成本居高不下。相对于锂资源的稀缺，钠在地球上储量高，价格便宜，故钠离子电池有着非常广阔的应用前景。
[0003]钠离子电池的性能主要受到钠离子电池正极材料的影响。在钠离子电池正极材料中，层状过渡金属氧化物因其具有较高的容量和良好的循环性能而备受关注。然而，在制备钠离子正极材料的过程中，由于钠离子原子半径较大，其扩散速度相对较慢，进而导致正极材料内外部的钠元素分布不均匀，表面碱含量增高，影响电化学性能。
[0004]因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本专利技术所要研究解决的课题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种层状结构钠离子电池正极材料前驱体及其制备方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术于产品层面采用的技术方案是：
[0007]一种层状结构钠离子电池正极材料前驱体，化学式为Ni
x
Mn
y
Cr
z
(OH)2·
kNaOH，其中，0.5≤x＜1.0，0＜y≤0.50，0.01＜z≤0.05，0.08≤k＜0.15。
[0008]上述技术方案中的有关内容解释如下：
[0009]1.上述方案中，D50为6～10um，粒度径距0.50＜(D90
‑
D10)/D50＜0.70，振实密度为0.85～1.25g/cm3，比表面积为110～190m2/g。
[0010]为达到上述目的，本专利技术于方法层面采用的技术方案是：
[0011]一种层状结构钠离子电池正极材料前驱体的制备方法，包括：
[0012]步骤一、配制Ni、Mn、Cr、炔二醇的混合溶液；
[0013]配制摩尔浓度为8～10mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液作为沉淀剂；
[0014]配制摩尔浓度为0.1～0.8mol/L的氨水溶液作为络合剂；
[0015]步骤二、向封闭的反应釜中加入纯水、炔二醇、所述沉淀剂和所述络合剂配成底液，通过沉淀剂控制底液的pH值为11.20～11.60，通过络合剂控制底液中的氨浓度为0.01～0.18mol/L，温度维持在55～75℃；
[0016]步骤三、保持反应釜的搅拌开启，通入氧气与氮气的混合气体，所述氧气与所述氮气的体积比满足2.5:1～3.5:1，流量为500～800L/h，将步骤一中的所述混合溶液、所述沉淀剂与所述络合剂分别以300～800mL/min的流速持续加入反应釜中进行共沉淀反应；反应过程中pH维持在10.75～11.15，反应的温度维持在55～75℃，反应釜的转速为300～500r/min，反应釜内溶液中的氧含量维持在55～85mg/L；
[0017]溢流流向提浓机，控制反应釜中的固含量为31～41％，当反应釜中物料的粒度D50
生长到6～10um，粒度径距0.50＜(D90
‑
D10)/D50＜0.70时，停止反应；
[0018]步骤四、将步骤三中的共沉淀产物经过压滤、洗涤、干燥得到疏松多孔的钠离子电池正极材料前驱体。
[0019]上述技术方案中的有关内容解释如下：
[0020]1.上述方案中，在步骤一中，所述混合溶液中Ni、Mn、Cr的总摩尔浓度为1.8～2.5mol/L。
[0021]2.上述方案中，在步骤一中，所述炔二醇的质量百分含量为0.1～0.9％。
[0022]3.上述方案中，在步骤二中，所述底液中炔二醇的质量百分含量为0.05～0.45％。
[0023]4.上述方案中，所述前驱体的化学式为Ni
x
Mn
y
Cr
z
(OH)2·
kNaOH，其中，0.5≤x＜1.0，0＜y≤0.50，0.01＜z≤0.05，0.08≤k＜0.15。
[0024]本专利技术的工作原理及优点如下：
[0025]1、本专利技术通过在制备前驱体的过程中引入Cr元素，实现了Ni、Mn、Cr元素在原子层面的均匀分布。此外，相比Ni元素，Cr元素具有更大的离子半径，有利于扩大正极材料的层间距，提高了钠离子的扩散速度。
[0026]2、本专利技术通过加入炔二醇作为非离子表面活性剂，该表面活性剂相对稳定，不与Ni、Mn、Cr元素发生反应，在保证Ni、Mn、Cr元素均相沉淀同时能够有效促进前驱体二次颗粒的分散，防止团聚现象的发生。
[0027]3、本专利技术在制备前驱体时，持续通入流量为500～800L/h的氧气与氮气的混合气体，氧气与氮气的体积比满足2.5:1～3.5:1，维持反应釜内溶液中的氧含量在55～85mg/L。氧气的通入能够将部分Mn
2+
氧化为Mn
3+
，细化了一次粒子，形成多孔结构，有利于吸附Na元素，进而得到化学式为Ni
x
Mn
y
Cr
z
(OH)2·
kNaOH的前驱体。该前驱体内部均匀地分散着一定量的Na元素，不仅能够提高烧结后正极材料内外部钠元素的均匀性，还能减少外加钠源用量，从而有效地解决烧结过程中因钠离子扩散慢而导致正极材料表面碱含量过高的问题。
附图说明
[0028]附图1A为本专利技术实施例1所制备前驱体的马尔文2000粒度测试截图；
[0029]附图1B为本专利技术实施例1所制备前驱体的SEM图；
[0030]附图2为本专利技术对比例1所制备前驱体的马尔文2000粒度测试截图；
[0031]附图3为本专利技术对比例2所制备前驱体的马尔文2000粒度测试截图；
[0032]附图4为本专利技术对比例3所制备前驱体的马尔文2000粒度测试截图；
[0033]附图5为本专利技术对比例4所制备前驱体的马尔文2000粒度测试截图；
[0034]附图6为本专利技术对比例5所制备前驱体的马尔文2000粒度测试截图；
[0035]附图7为本专利技术对比例6所制备前驱体的马尔文2000粒度测试截图；
[0036]附图8A为本专利技术实施例2所制备前驱体的马尔文2000粒度测试截图；
[0037]附图8B为本专利技术实施例2所制备前驱体的SEM图；
[0038]附图9为本专利技术实施例1与各对比例所制备的钠离子正极材料的循环性能测试图。
具体实施方式
[0039]下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：
[0040]以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。
[0041]本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。关于本文中所使用的“包含”、“包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层状结构钠离子电池正极材料前驱体，其特征在于：化学式为Ni
x
Mn
y
Cr
z
(OH)2·
kNaOH，其中，0.5≤x＜1.0，0＜y≤0.50，0.01＜z≤0.05，0.08≤k＜0.15。2.根据权利要求1所述的前驱体，其特征在于：D50为6~10um，粒度径距0.50＜（D90
‑
D10）/D50＜0.70，振实密度为0.85~1.25g/cm3，比表面积为110~190m2/g。3.一种层状结构钠离子电池正极材料前驱体的制备方法，其特征在于：包括：步骤一、配制Ni、Mn、Cr、炔二醇的混合溶液；配制摩尔浓度为8~10mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液作为沉淀剂；配制摩尔浓度为0.1~0.8mol/L的氨水溶液作为络合剂；步骤二、向封闭的反应釜中加入纯水、炔二醇、所述沉淀剂和所述络合剂配成底液，通过沉淀剂控制底液的pH值为11.20~11.60，通过络合剂控制底液中的氨浓度为0.01~0.18mol/L，温度维持在55~75℃；步骤三、保持反应釜的搅拌开启，通入氧气与氮气的混合气体，所述氧气与所述氮气的体积比满足2.5:1~3.5:1，流量为500~800L/h，将步骤一中的所述混合溶液、所述沉淀剂与所述络合剂分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：李加闯，褚凤辉，黄帅杰，朱用，王梁梁，
申请(专利权)人：南通金通储能动力新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：