【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠离子电池正极材料领域，主要涉及一种钠离子电池前驱体及正极材料制备方法，特别涉及一种红土镍矿制备钠离子电池多元前驱体及正极材料的制备方法。
技术介绍
1、锂离子电池的快速商业化，促进了人类存储和利用清洁能源的效率，并广泛应用于移动通讯和新能源汽车领域。由于锂资源的分布不均和成本的不断攀升，以及钴资源的成本居高不下，使得钠离子电池作为最具潜力的替代电池得以迅速发展，新型钠离子电池正极前驱体的开发尤为重要。且钠离子电池具有与锂离子电池相同的工作原理，但是在钠离子电池体系中情况却有所不同，由于ni和na的半径差异较大，在层状氧化物中几乎不存在ni和na混排现象，这表明开发高性能的无钴高镍的钠离子电池层状氧化物正极具有较大可能。
2、钠离子电池由于全球丰富低成本的钠资源在未来大规模储能、便携电子设备、小型低速电动车等应用上表现出巨大的潜力。层状过渡金属氧化物正极前驱体因制备工艺简单、比容量高、离子电导率高等特点，成为极具应用前景的钠离子电池正极前驱体之一。然而，目前所有的正极前驱体制备方法中原料均采用纯度极高的硫酸镍等镍盐，从镍矿到镍盐的制备，再转到正极前驱体制备中，过程极其繁琐。不仅提高了正极前驱体合成的成本，不利于钠离子电池的推广。
3、本专利公开了一种红土镍矿制备钠离子电池多元前驱体及正极材料的制备方法，该制方法可将红土镍矿直接转化为钠离子正极材料。红土镍矿中主要金属元素镍铁均可应用于钠离子电池正极材料的制备中，比锂离子电池更具有应用价值，而且矿中少量金属杂质元素可原位掺杂正极前驱体，提高正极
技术实现思路
1、为了克服现有技术不足，本专利技术提供一种红土镍矿制备钠离子电池多元前驱体及正极材料的制备方法，省略了繁琐的工艺体系，完成了从原料直接转化到正极前驱体的简易工艺流程。所述方法制备得到本专利技术所述的钠离子电池正极材料，一方面通过硫酸钠得到黄钠铁矾直接应用到正极材料制备中，极大地缩短了工艺流程，减少原料损耗，易于工业化。另一方面前驱体合成的钠离子电池正极结构性能稳定，其正极材料的电化学性能媲美现市面上的正极材料，同时在红土镍矿中的微量杂质金属如锰、铝、铬等在制备过程中原位掺杂前驱体中后其正极性能甚至更优。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是，一种红土镍矿制备的钠离子电池材料，所述钠离子电池材料包括多元前驱体、正极材料的一种或几种，其中，
3、正极前驱体为镍镁基层状氢氧化物，其化学式为nixmgy(oh)2，其中0.5≤x≤1，0≤y≤0.5，x+y＝1；正极材料为镍铁镁基层状氧化物，其化学式为namnixfeymgzo2，其中0.5≤m≤1，0.5≤x<1，0.4≤x≤0.5，0≤z≤0.2，x+y+z＝1，m为mn、al、cr中的一种或几种。
4、本专利技术还提供一种用红土镍矿制备钠离子电池材料的方法，其包括红土镍矿的处理与电池材料的制备两个步骤，即：
5、(1)将红土镍矿破碎、筛分，将得到的红土镍矿粉末加入一定量的酸溶液，在一定温度下不断搅拌进行浸出，并过滤得到浸出液；
6、(2)将步骤(1)中的浸出液加入少量h2o2溶液加热，随后加入硫酸钠不断搅拌，控制ph得到黄钠铁矾沉淀，过滤；
7、(3)将步骤(2)过滤得到的除铁浸出液在特定的除杂剂下选择性除杂，得到特定的杂质元素保留的镍镁溶液；
8、(4)将步骤(3)中含镍镁溶液，以及一定浓度的沉淀剂naoh溶液和络合剂nh3·h2o溶液共同加入反应釜内，进行共沉淀反应，并不断搅拌，反应一段时间后得到电池材料正极前驱体。
9、优选的，步骤(1)中红土镍矿粉末颗粒粒径在1μm-100μm。
10、优选的，步骤(1)中浸出的酸为盐酸、硫酸中的一种或几种，酸与红土镍矿粉末比例为质量比1-5:1，浸出温度为70-150℃，浸出时间为3-10h。
11、优选的，步骤(2)中，沉铁温度为70-100℃，ph为1.0-3.5，步骤(3)中除杂剂为碳酸钠、磷酸钠、磷酸中的一种或几种，因其沉淀平衡常数不同通过加入量和调整ph达到定向除杂，所得镍镁溶液金属浓度为100-150g/l。
12、优选的，所述步骤(4)中，所述沉淀剂naoh溶液的浓度为4-12mol/l，所述络合剂nh3·h2o溶液的浓度为2-8mol/l；所述共沉淀反应的搅拌转速为300-850rpm，反应液的ph值为10.5-13.5，氨值为6-13g/l，反应温度为60-85℃，控制反反应釜内气氛为0.1％-5.0％氧气、95％-99.9％的氮气或氩气，反应时间为24-48h。
13、优选的，还包括使用所得前驱体制备正极材料，包括，将前驱体与步骤(2)中黄钠铁矾沉淀、补充的钠源球磨混合均匀，进行高温烧结，即得钠离子电池镍铁镁基多元正极材料。
14、优选的，所述补充钠源为碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠的一种或几种。
15、优选的，所述高温烧结，其为第一段煅烧温度为450-600℃，保温4～8h；第二段煅烧温度为700～1000℃，保温9-16h，煅烧氛围为空气、纯氧中的一种或多种；所述升温速率为2-5℃/min。
16、与现有技术相比，具有以下有益效果：
17、(1)本专利技术方法将红土镍矿加工，前驱体及正极制备等多段工艺结合，实现正极前驱体制备流程简化，且生产过程简便，省略了繁琐的工艺体系，完成了从原料直接转化到正极的简易工艺流程。该方法减少中间材料的周转运输和过程的浪费，提高材料产量，减少生产成本，可以显著降低工业成本，可以提高工艺的整体安全性，带来较大的经济利益，为钠离子电池前驱体及正极的工业化生产提供新的思路和指导。
18、(2)本专利技术方法处理红土镍矿直接得到钠离子电池正极材料的原材料黄钠铁矾，且处理的红土镍矿中主要金属元素镍均可直接应用于钠离子电池正极前驱体中。而且矿中少量金属杂质元素经过测试可掺杂正极前驱体提高材料的电化学性能，将减少冶炼过程中繁琐的除杂净化流程，减少了环境污染，节省了资源；
19、(3)本专利技术方法制备的前驱体经过合成正极材料后，在钠离子电池测试中展现了与目前已商业化的正极材料一致的电化学性能，甚至在制备过程中经过原位掺杂的正极材料性能更佳，具有很好的商业化前景。
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1.一种用红土镍矿制备钠离子电池材料的方法，其特征在于：包括红土镍矿的处理与电池材料的制备两个步骤，即：
2.根据权利要求1所述的用红土镍矿制备钠离子电池材料的方法，其特征在于：步骤(1)中红土镍矿粉末颗粒粒径在1μm-100μm。
3.根据权利要求1所述的用红土镍矿制备钠离子电池材料的方法，其特征在于：步骤(1)中浸出的酸为盐酸、硫酸中的一种或几种，酸与红土镍矿粉末比例为质量比1-5:1，浸出温度为70-150℃，浸出时间为3-10h。
4.根据权利要求1所述的用红土镍矿制备钠离子电池材料的方法，其特征在于：步骤(2)中，沉铁温度为70-100℃，pH为1.0-3.5，步骤(3)中除杂剂为碳酸钠、磷酸钠、磷酸中的一种或几种，因其沉淀平衡常数不同通过加入量和调整pH达到定向除杂，所得镍镁溶液金属浓度为100-150g/L。
5.根据权利要求1所述的用红土镍矿制备钠离子电池材料的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述沉淀剂NaOH溶液的浓度为4-12mol/L，所述络合剂NH3·H2O溶液的浓度为2-8mol/L；所述共沉淀反应的搅
6.如权利要求1-5任一项所述的用红土镍矿制备钠离子电池材料的方法，其特征在于：还包括使用所得前驱体制备正极材料，包括，
7.根据权利要求6所述的用红土镍矿制备钠离子电池材料的方法，其特征在于：所述补充钠源为碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的用红土镍矿制备钠离子电池材料的方法，其特征在于：所述高温烧结，其为第一段煅烧温度为450-600℃，保温4～8h；第二段煅烧温度为700～1000℃，保温9-16h，煅烧氛围为空气、纯氧中的一种或多种；所述升温速率为2-5℃/min。
9.一种红土镍矿制备的钠离子电池材料，其特征在于：所述钠离子电池材料包括多元前驱体、正极材料的一种或几种，其中，
...【技术特征摘要】
1.一种用红土镍矿制备钠离子电池材料的方法，其特征在于：包括红土镍矿的处理与电池材料的制备两个步骤，即：
2.根据权利要求1所述的用红土镍矿制备钠离子电池材料的方法，其特征在于：步骤(1)中红土镍矿粉末颗粒粒径在1μm-100μm。
3.根据权利要求1所述的用红土镍矿制备钠离子电池材料的方法，其特征在于：步骤(1)中浸出的酸为盐酸、硫酸中的一种或几种，酸与红土镍矿粉末比例为质量比1-5:1，浸出温度为70-150℃，浸出时间为3-10h。
4.根据权利要求1所述的用红土镍矿制备钠离子电池材料的方法，其特征在于：步骤(2)中，沉铁温度为70-100℃，ph为1.0-3.5，步骤(3)中除杂剂为碳酸钠、磷酸钠、磷酸中的一种或几种，因其沉淀平衡常数不同通过加入量和调整ph达到定向除杂，所得镍镁溶液金属浓度为100-150g/l。
5.根据权利要求1所述的用红土镍矿制备钠离子电池材料的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述沉淀剂naoh溶液的浓度为4-12mol/l，所述络合剂nh3·...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏石临，李鹏飞，范德忠，施马康，
申请(专利权)人：安徽维晶新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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