[發明專利]一種鈮改性鈉離子電池正極材料制備方法

在審

• 申請號: 201710663445.1
• 申請日: 2017-08-05
• 公開（公告）號: CN107394181A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 蘇州思創源博電子科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/58;H01M10/054
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電池材料領域，具體涉及一種鈮改性鈉離子電池正極材料制備方法。

背景技術

近年來，國內新能源汽車行業發展迅速，電池種類豐富多樣，市場對電池的需求和要求逐漸增加。其最關心的關鍵指標主要集中在五大方面：安全穩定性能、循環壽命、耐寬溫性、充電速度和能量密度。

電池的制造成本與能耗是否對環境造成污染以及資源的回收利用率也將成為評價電池材料的重要指標。電池發展有以下顯著特點:綠色環保電池發展迅猛;一次電池向二次電池轉化,這有利于節約地球有限的資源,符合可持續發展的戰略;電池進一步向小、輕、薄方向發展。鈉是地球上儲量較豐富的元素之一，與鋰的化學性能類似，因此也可能適用于鋰離子電池體系。鈉離子電池相比鋰離子電池有諸多優勢，如成本低，安全性好，隨著研究的深入，鈉離子電池將越來越具有成本效益，并有望在未來取代鋰離子電池而被廣泛應用。而且在在鈉離子電池中，Al和Na沒有合金，所以負極集流體可以選擇用Al箔，能夠進一步降低價格。

但是由于鈉離子半徑比鋰離子半徑大，其能量密度和功率密度比鋰離子電池要低。然而在規模儲能應用中對電池能量密度的要求并不是太高，其成本和壽命則是關心的重點。從這個角度去看，鈉離子電池在大規模儲能應用領域擁有比鋰離子電池更大的市場競爭優勢。鈉離子電池正極材料導電性較差，并且鈉離子半徑較鋰離子半徑大，鈉脫嵌比鋰脫嵌難，導致材料實際放出比容量較低，倍率性能較差。針對此問題，研究者們主要采用人們多采用摻雜或與導電率高的材料復合的方法改性正極材料，進而改善材料性能。

發明內容

本發明提供一種鈮改性鈉離子電池正極材料制備方法，所述方法在正極材料中摻雜Nb離子，對正極材料晶格中的V離子位點進行同晶取代，改變晶格參數，獲得電化學性能優良的正極材料；本發明包覆材料與接觸劑形成固熔體，易于包覆均勻，且燒制后結合緊密，包覆層不易脫落，此方法不僅縮短了生產周期，而且保證了包覆的均勻性，使包覆材料也可以經過高溫從而形成理想的玻璃態包覆，提高了材料的性能。

為了實現上述目的，本發明提供一種鈮改性鈉離子電池正極材料制備方法，該方法包括如下步驟：

（1）制備得到鈮改性的正極材料

所述鈮改性的正極材料組成為Na₃V_2-xNb_x(PO₄)₃，其中x=0.01-0.03；

按摩爾比為3:(2-x):x:3稱量氯化鈉、五氧化二釩、五氯化鈮和磷酸鉀；

將上述五氧化二釩和葡萄糖加入去離子水中溶解，在60-80度溫度下加熱攪拌成均勻混合溶液一；

將上述五氯化鈮用乙醇溶液加入到反應釜中，同時加入均勻混合溶液，常溫下磁力攪拌，得到均勻的混合溶液二，然后繼續攪拌3-5h以上；

將所述氯化鈉和磷酸鉀加入到上述混合溶液二中，在真空溫度為70-90℃下旋蒸3-4h；

在100-150℃下真空干燥5-20h，形成電極材料前驅體，將前驅體研磨，然后置于馬弗爐中進行一次煅燒，一次煅燒的溫度為600-800℃，時間為8-16h；

在氮氣氣氛下，二次煅燒的溫度為700-900℃，時間為2-4h，冷卻后即得鈮改性的正極材料Na₃V_2-xNb_x(PO₄)₃；

（2）包覆材料預處理

包覆物為氧化鋁，其粒度分布D50小于5μm，采用硼酸作為接觸劑，將硼酸與氧化物按重量比1：(3-4)混合，在高速粉碎機中粉碎15-20秒鐘，使其表面活化，狀態蓬松；

（3）復合包覆

將所述鈮改性的正極材料Na₃V_2-xNb_x(PO₄)₃與所述經過預處理的包覆材料按照質量比(85-60)：1在混料機中混合均勻；

在大氣條件下，將所述混合好的材料進行燒制，升溫至860℃-950℃，保溫10-15h，冷卻后得到產品。

優選的，其中在步驟（1）中，所述葡萄糖添加的量大于其將V⁵⁺完全還原為V³⁺的量；所述混合溶液中的溶質與溶劑比為1：（5-10）。

本發明具有如下優點和顯著效果：