System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池技术_技高网

一种钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池技术

技术编号:43644444 阅读:5 留言:0更新日期:2024-12-13 12:41
本发明专利技术公开了一种钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池。所述制备方法包括以下步骤:将镍锰前驱体与钠盐和钪源混合后,高温烧结,得到钠离子电池正极材料。本发明专利技术的方法利用钪(Sc)对镍位的掺杂,晶体结构的变化可以引入特殊的电荷极化子,不仅增强了层状氧化物中过渡金属层框架结构的稳定性,提升材料的力学性能,而且提高了材料的电子电导和离子扩散性能,缓解了材料的不可逆相变。采用制备得到的钠离子电池正极材料组装的电池具有优异的倍率性能和容量保持率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钠离子电池,涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池


技术介绍

1、锂离子电池的迅速发展为我们的生活提供了极大的便利,但是,锂资源储量有限,导致动力电池成本日益增加。相比较之下,钠离子电池有和锂离子电池相似的工作原理,而且钠资源丰富易获取,在新能源行业中有较好的应用前景,扮演着锂电池替代者的角色。

2、层状氧化物、普鲁士蓝类似物和聚阴离子型材料已被报道为钠离子电池的潜在正极材料,其中,镍锰基层状氧化物是极具发展前景的正极材料,但是,在深度脱钠状态下它的结构会遭到破坏,充放电过程中发生复杂的相变,导致电池倍率性能和容量保持率有所下降。

3、cn117117197a公开了一种用于钠离子电池的镍锰基层状氧化物正极材料及制备方法。所述镍锰基层状氧化物正极材料的化学通式为naxly[niamnbmcnd]o2+δ-γfγ,其中,0.5≤x≤0.8,0<y≤0.2,a+b+c+d=1,0<a≤0.5,0<c≤0.3,0≤d<0.3,-0.2≤δ≤0.2,0≤γ≤0.2;l为对碱金属位na进行掺杂取代的元素,l的离子为k+;m为对过渡金属位ni或mn进行掺杂取代的元素,m的离子具体包括mg2+、zn2+、li+中的任意一种;n为对过渡金属位ni或mn进行掺杂取代的元素,n的离子具体包括nb5+、ca2+、b3+、co3+、fe3+、cu2+、al3+、co2+、zr4+、sn4+、ti4+、ru4+、nb4+、te6+、sb5+或mo6+中的一种或多种。将该镍锰基层状氧化物正极材料用于钠离子电池,能够在2v-4.5v之间的高电压下稳定工作,高倍率下的比容量高,安全性和循环稳定性好。但是,钠离子电池在1c循环120周容量保持率可达90%,其性能有待进一步提升。

4、因此,提供一种钠离子电池正极材料,使其具有良好的倍率性能和容量保持率,是目前亟待解决的技术问题。


技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述技术问题,本专利技术的目的在于提出一种钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池。

2、为达上述目的,本专利技术采用以下技术方案:

3、第一方面,本专利技术提供一种钠离子电池正极材料的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:

4、将镍锰前驱体与钠盐和钪源混合后,高温烧结,得到钠离子电池正极材料。

5、本专利技术的方法利用钪(sc)对镍位的掺杂,晶体结构的变化可以引入特殊的电荷极化子,不仅增强了层状氧化物中过渡金属层框架结构的稳定性,提升材料的力学性能,而且提高了材料的电子电导和离子扩散性能,缓解了材料的不可逆相变。采用制备得到的钠离子电池正极材料组装的电池具有优异的倍率性能和容量保持率。

6、以下作为本专利技术优选的技术方案,但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制,通过以下优选的技术方案,可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。

7、优选地,所述钠离子电池正极材料前驱体的粒径d50为4-10μm,例如可以是4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm、6.5μm、7μm、7.5μm、8μm、8.5μm、9μm或10μm等。

8、优选地,所述钠源包括碳酸钠。

9、优选地,所述钪源包括硫酸钪。

10、优选地,所述二氧化钛纤维的平均纤维径为50nm-1000nm,例如可以是50nm、100nm、150nm、200nm、300nm、400nm、450nm、500nm、600nm、650nm、700nm、800nm、900nm或1000nm等。

11、优选地,以所述钠离子电池正极材料前驱体的总质量为100wt%计,所述钪源中的钪元素的质量占比为2-8wt%,例如可以是2wt%、3wt%、3.5wt%、4wt%、4.5wt%、5wt%、5.5wt%、6wt%、6.5wt%、7wt%、7.5wt%或8wt%等。

12、优选地,用于混合的原料中还包括二氧化钛纤维。

13、在一个实施方式中,将镍锰前驱体与钠盐、钪源和二氧化钛纤维混合后,高温烧结,得到钠离子电池正极材料。

14、此优选技术方案中,在前驱体配钠烧结的阶段同时引入了钪源和二氧化钛纤维,不仅实现了对材料的sc掺杂,还可以调控正极材料在表面和近表层构建稳定的纤维层,有利于提升材料的稳定性和钠离子传输性。

15、优选地,所述钪源和所述二氧化钛纤维的质量比为(6-10):1,例如可以是6:1、6.5:1、7:1、7.5:1、8:1、8.5:1、9:1或10:1等。在此优选范围内,可以更好地调控正极材料的稳定性和钠离子传输性能,从而更好地兼顾倍率性能和循环性能。

16、优选地,所述混合的方式为湿法混合,所述混合的过程中使用了溶剂,所述混合的方法包括:将钠离子电池正极材料前驱体与钠盐、钪源和溶剂混合后,加热干燥使溶剂挥发。

17、在一个实施方式中,所述混合的方法包括:将钠离子电池正极材料前驱体与钠盐、钪源、二氧化钛纤维和溶剂混合后,加热干燥使溶剂挥发。

18、上述湿法混合的方式有利于提升混料均匀性。

19、优选地,所述加热干燥的温度为60-90℃,例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃或90℃等。

20、优选地,所述高温烧结的温度为600-1000℃,例如可以是600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃等。

21、优选地,所述高温烧结的时间为6-10h,例如可以是6h、6.5h、7h、7.5h、8h、8.5h、9h或10h等。

22、作为本专利技术所述方法的一个优选技术方案,所述镍锰前驱体的制备方法包括以下步骤:

23、将混合金属盐溶液、沉淀剂溶液和络合剂溶液并流加入底液中,进行共沉淀反应,得到所述的镍锰前驱体。

24、优选地,混合金属盐溶液中的金属离子总浓度为1.5-3mol/l,例如可以是1.5mol/l、1.7mol/l、1.8mol/l、2mol/l、2.2mol/l、2.4mol/l、2.5mol/l、2.7mol/l、2.8mol/l或3mol/l等。

25、优选地,所述沉淀剂溶液为氢氧化钠溶液。

26、优选地,所述络合剂溶液为氨水。

27、优选地,所述沉淀剂溶液的质量浓度为30-35%,例如可以是30%、31%、32%、33%、34%或35%等。

28、优选地,所述络合剂溶液的质量浓度为10-20%,例如可以是10%、12%、13%、14%、15%、16%、18%或20%等。

29、优选地,所述混合金属盐溶液的进料速度为10-80l/h,例如可以是10l/h、12l/h、15l/h、18l/h、20l/h、25l/h、30l/h、35l/h、40l/h、45l/h、50l/h、55l/h、60l/h、65l/h、70l/h、7本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种钠离子电池正极材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述钠离子电池正极材料前驱体的粒径D50为4-10μm;

3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,以所述钠离子电池正极材料前驱体的总质量为100wt%计,所述钪源中的钪元素的质量占比为2-8wt%;

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法,其特征在于,所述混合的方式为湿法混合,所述混合的过程中使用了溶剂,所述混合的方法包括:将钠离子电池正极材料前驱体与钠盐、钪源和溶剂混合后,加热干燥使溶剂挥发;

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法,其特征在于,所述高温烧结的温度为600-1000℃;

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法,其特征在于,所述镍锰前驱体的制备方法包括以下步骤:

7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,混合金属盐溶液中的金属离子总浓度为1.5-3mol/L;

8.根据权利要求6或7所述的制备方法,其特征在于,所述共沉淀反应的过程中,反应体系的pH值为9-11;

9.一种如权利要求1-8任一项所述的方法制备的钠离子电池正极材料。

10.一种钠离子电池,包括正极、负极和隔离膜,所述隔离膜位于所述正极和所述负极之间,其特征在于,所述正极中包括权利要求9所述的钠离子电池正极材料。

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【技术特征摘要】

1.一种钠离子电池正极材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述钠离子电池正极材料前驱体的粒径d50为4-10μm;

3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,以所述钠离子电池正极材料前驱体的总质量为100wt%计,所述钪源中的钪元素的质量占比为2-8wt%;

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法,其特征在于,所述混合的方式为湿法混合,所述混合的过程中使用了溶剂,所述混合的方法包括:将钠离子电池正极材料前驱体与钠盐、钪源和溶剂混合后,加热干燥使溶剂挥发;

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:许开华申烁张坤李聪尹道道向兴
申请(专利权)人:荆门市格林美新材料有限公司
类型:发明
国别省市:

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