一种钠离子电池正极材料及其制备方法技术

一种钠离子电池正极材料及其制备方法，属于储能材料技术领域，具体方案如下：一种钠离子电池正极材料，包括普鲁士蓝材料和氧化铝，氧化铝包覆普鲁士蓝材料。制备方法如下：将普鲁士蓝材料加入去离子水中，用氨水调控pH，得到C液；将铝盐溶液和氨水同时滴加到C液中，保持搅拌和一定温度，陈化得到悬浊液，整个过程通保护气体；将悬浊液固液分离，用去离子水洗涤沉淀物，最后将沉淀物分离出来；将得到的沉淀物与去离子水混合成浆料，喷雾干燥得到钠离子电池正极材料，本发明专利技术可以减少普鲁士蓝材料与电解液的直接接触，减少副反应的发生以及普鲁士蓝材料中过渡金属的溶出，保持材料的结构稳定性，提高钠离子电池的循环性能。提高钠离子电池的循环性能。提高钠离子电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于储能材料
，具体涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]当前环境问题与能源危机已经受到世界各国的关注，近年来，太阳能和风力发电等新型清洁能源利用得到快速发展，以及新能源汽车、5G基站以及数据中心的发展，无论是发电侧还是用电侧对储能电池的需要都将越来越大。目前储能电池应用较多的是铅酸电池和锂离子电池。铅酸电池具有成本低的优势，但是能量密度低、循环寿命短、生产过程存在铅重金属污染。锂离子电池具有能量密度大、循环寿命长、工作电压高、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等优点，被认为是目前替代铅酸电池的备选方案之一。然而，锂离子电池的成本高、安全性较差以及锂资源短缺等问题在很大程度上限制了其广泛应用。因此，迫切需要发展下一代具有更高综合性能的储能技术。
[0003]钠离子电池具有与锂离子电池相似的机理，相比于稀缺的锂资源，钠的储量则十分丰富，其在地壳中的含量约为2.64％，是锂储量的一千倍以上，所以钠离子电池具有更低的材料成本和更高的综合性能，有希望成为应用于储能的理想方案。钠离子电池的发展主要受限于正极材料。钠离子电池正极材料主要有层状的过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物和普鲁士蓝类似物等。其中，过渡金属氧化物和聚阴离子化合物材料的倍率和循环性能较差，采用传统固相烧结法合成，制备过程能耗大。普鲁士蓝类似物的理论克容量高达170mAh/g，且储钠电位较高，循环稳定性较优，被认为是最有前途的正极材料之一。
[0004]然而，在实际电池应用过程中，普鲁士蓝类材料仍然存在一些不足：其一，在电池循环过程中普鲁士蓝材料容易与电解液发生副反应，导致过渡金属的溶出，晶体结构发生塌陷，从而钠离子嵌入脱出通道受阻，导致电池容量下降；其二，在循环过程中普鲁士蓝类材料本身含有的结晶水会发生少量析出，析出的水会与电解液发生副反应，电解液被消耗同时产气，导致电池的循环稳定性急剧下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一个目的是为了解决现有技术中存在的问题，提供一种钠离子电池正极材料。
[0006]本专利技术的第二个目的是提供一种钠离子电池正极材料的制备方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0008]一种钠离子电池正极材料，包括普鲁士蓝材料和氧化铝，所述氧化铝包覆普鲁士蓝材料。
[0009]优选的，所述氧化铝为γ型氧化铝。
[0010]一种所述的钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤一、将铝盐用去离子水溶解，制得A液；
[0012]步骤二、将浓氨水与去离子水稀释到一定浓度，制得B液；
[0013]步骤三、将普鲁士蓝材料加入去离子水中，同时加入一定浓度氨水，得到C液；
[0014]步骤四、将A液和B液同时滴加到C液中，保持搅拌和一定温度，A液和B液滴加完成后继续搅拌陈化得到悬浊液，整个过程通保护气体；
[0015]步骤五、将步骤四中得到悬浊液固液分离，用去离子水洗涤沉淀物，最后将沉淀物分离出来；
[0016]步骤六、将步骤五中得到的沉淀物与去离子水混合成浆料，喷雾干燥得到氧化铝包覆普鲁士蓝正极材料，即钠离子电池正极材料。
[0017]进一步的，步骤一中，所述铝盐为AlCl3、Al(NO3)3、Al2(SO4)3、Al(ClO4)3中一种或者几种；
[0018]进一步的，所述A液中铝盐的质量百分数为0.1w％
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57w％；所述B液中氨(NH3)的质量百分数为0.1w％
‑
25w％；所述B液中氨(NH3)的总的物质的量为A液中铝盐的物质的量的3倍，误差＜1％；所述的C液中氨的浓度为0.1w％
‑
5w％；所述C液中普鲁士蓝材料与A液中所含铝盐中Al元素的质量比例为20
‑
2000:1；所述C液中普鲁士蓝材料与去离子水的质量比为1:1
‑
100。
[0019]进一步的，步骤四中，溶液的温度保持在20
‑
90℃。
[0020]进一步的，步骤四中，所述的A液和B液的滴加速度保持匀速，滴加时间相同，滴加时间为1
‑
12h，二者滴加时间偏差＜5％。
[0021]进一步的，步骤四中，搅拌陈化的时间为0.5
‑
24h。
[0022]进一步的，步骤四中，所述保护气体为氮气或氩气。
[0023]进一步的，步骤五中，喷雾干燥的温度为140
‑
250℃。
[0024]本专利技术相对于现有技术的有益效果为：
[0025]1、本专利技术通过在传统普鲁士蓝材料表面包覆一层氧化铝材料，可以减少普鲁士蓝材料与电解液的直接接触，减少副反应的发生以及普鲁士蓝材料中过渡金属的溶出，保持材料的结构稳定性，提高钠离子电池的循环性能。
[0026]2、本专利技术在传统普鲁士蓝材料表面包覆一层氧化铝材料为γ型氧化铝，是一种多孔性物质，表面积大，活性高，可吸附在循环过程中普鲁士蓝类材料(含有的结晶水)析出的微量的水，避免析出的水与电解液发生副反应产气，从而提高电池的循环稳定性。
[0027]3、本专利技术使用的制备方法工艺简单，液相包覆方式与普鲁士蓝材料的合成相似，喷雾干燥也是非常成熟的工业制造方法，所以本专利技术适合规模化生产，有利于市场化推广。
附图说明
[0028]图1为实施例1中氧化铝包覆普鲁士蓝正极材料(PB@Al)的电镜图
[0029]图2为实施例1中包覆前普鲁士蓝正极材料的电镜图；
[0030]图3为Al元素EDS
‑
mapping图；
[0031]图4为含有实施例1所制备的氧化铝包覆普鲁士蓝正极材料(PB@Al)的钠离子全电池的循环图；
[0032]图5为含有对比例1所制备的普鲁士蓝正极材料的钠离子全电池循环图；
具体实施方式
[0033]下面结合附图1
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5和具体实施例对本专利技术做详细的介绍。
[0034]具体实施方式一
[0035]一种钠离子电池正极材料，包括普鲁士蓝材料和氧化铝，所述氧化铝包覆普鲁士蓝材料。
[0036]进一步的，所述氧化铝为γ型氧化铝。
[0037]具体实施方式二
[0038]一种具体实施方式一所述的钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0039]步骤一、将铝盐用去离子水溶解，制得A液；
[0040]步骤二、将浓氨水与去离子水稀释到一定浓度，制得B液；
[0041]步骤三、将普鲁士蓝材料加入去离子水中，同时加入一定浓度氨水调控溶液的pH在10
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12之间，得到C液；
[0042]步骤四、将A液和B液同时滴加到C液中，保持搅拌和一定温度，A液和B液滴加完成后继续搅拌陈化得到悬浊液，整个过程通保护气体；
[0043]步骤五本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池正极材料，其特征在于：包括普鲁士蓝材料和氧化铝，所述氧化铝包覆普鲁士蓝材料。2.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料，其特征在于：所述氧化铝为γ型氧化铝。3.一种权利要求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：包括以下步骤：步骤一、将铝盐用去离子水溶解，制得A液；步骤二、将浓氨水与去离子水稀释到一定浓度，制得B液；步骤三、将普鲁士蓝材料加入去离子水中，同时加入一定浓度氨水，调控溶液的pH在10
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12之间，得到C液；步骤四、将A液和B液同时滴加到C液中，保持搅拌和一定温度，A液和B液滴加完成后继续搅拌陈化得到悬浊液，整个过程通保护气体；步骤五、将步骤四中得到悬浊液固液分离，用去离子水洗涤沉淀物，最后将沉淀物分离出来；步骤六、将步骤五中得到的沉淀物与去离子水混合成浆料，喷雾干燥得到氧化铝包覆普鲁士蓝正极材料，即钠离子电池正极材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述铝盐为AlCl3、Al(NO3)3、Al2(SO4)3、Al(ClO4)3中一种或者几种。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述A液中铝盐的质量百分数为0.1w％
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑文铨，高云智，林汝琴，
申请(专利权)人：上海汉行科技有限公司，
类型：发明
国别省市：