[發明專利]一種高性能鈉離子電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811049969.2
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109301238A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 何會兵;高秀玲;張友祥;郭建;申靜婧
• 申請（專利權）人: 天津市捷威動力工業有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/131;H01M10/054
• 代理公司: 天津濱?？凭曋R產權代理有限公司 12211
• 代理人: 王雨杰

本發明提供了一種高性能鈉離子電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：(1)將化學計量比的鈉源、錳源、鈷源、鎳源與熔鹽介質充分研磨均勻，得到前驅體混合物；(2)將步驟(1)中得到的前驅體混合物分散在有機分散溶劑中，密封，室溫下低速攪拌4?12h，得到懸濁分散液；(3)將步驟(2)中得到的懸濁分散液轉移至恒溫干燥箱中，干燥處理6?12h，蒸發出其中的有機溶劑，得到的干燥樣品進行二次充分研磨。本發明所述的高性能鈉離子電池正極材料的制備方法基于鈉鹽的熔鹽法合成，相比于傳統的高溫固相法合成鈉離子電池正極材料，該方法能夠在獲得高結晶度正極材料的同時，能夠有效降低反應的合成溫度，減少能源消耗。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池技術領域，尤其是涉及一種高性能鈉離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

相比于鋰資源，由于鈉資源的廣泛可取性，可充電的低成本鈉離子電池吸引了人們極大的興趣，鈉離子電池可以替代鋰離子電池在電化學儲能應用領域有著非常好的應用前景。然而，鈉離子電池的實際發展并不是很成功，因為很難找到合適的宿主材料有著足夠的電化學容量和可逆的Na+脫嵌電化學反應行為。盡管相當大一部分的宿主化合物，例如聚陰離子氟磷酸鹽，鐵氰化物，普魯士藍類，具有氧化還原活性的聚合物，隧道結構的氧化物，尖晶石型的氧化物和層狀過渡金屬氧化物，這些已經被證明了有一定的比容量和循環性作為鈉離子電池儲能正極材料，和相應的鋰離子電池正極材料相比，這些鈉離子電池正極材料的性能還難以滿足應用，它們較差的容量、循環穩定性和倍率性能制約了鈉離子電池的大規模用應用。

現有的鈉離子電池正極材料，由于其較差的電化學性能(較少的可逆放電比容量，較差的循環性能和倍率性能)很難取代鋰離子電池正極材料進行大規模推廣使用，從而限制了鈉離子電池正極材料的發展和商業應用。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種高性能鈉離子電池正極材料及其制備方法，高性能鈉離子電池正極材料操作簡單、具有工業應用前景。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種高性能鈉離子電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將化學計量比的鈉源、錳源、鈷源、鎳源與熔鹽介質充分研磨均勻，得到前驅體混合物；

(2)將步驟(1)中得到的前驅體混合物分散在有機分散溶劑中，密封，室溫下低速攪拌4-12h，得到懸濁分散液；

(3)將步驟(2)中得到的懸濁分散液轉移至恒溫干燥箱中，干燥處理6-12h，蒸發出其中的有機溶劑，得到的干燥樣品進行二次充分研磨；

(4)將步驟(3)中研磨后的干燥均勻混合物轉移至馬弗爐中，高溫下燒結，燒結氣氛為空氣；

(5)將步驟(4)中燒結后的塊體充分研細，用蒸餾水進行洗滌抽濾，充分洗滌掉熔鹽介質，在120℃下干燥過夜，然后在300℃下煅燒12h，即得所述的高性能鈉離子電池三元正極材料。

進一步，所述的步驟(1)中的鈉源為醋酸鈉、硝酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉或碳酸氫鈉中的一種或兩種以上的組合。

進一步，所述的步驟(1)中的錳源為醋酸錳、硝酸錳或草酸錳中的一種或兩種以上的組合；所述的步驟(1)中的鈷源為醋酸鈷、硝酸鈷或草酸鈷中的一種或兩種以上的組合；所述的步驟(1)中的鎳源為醋酸鎳、硝酸鎳或草酸鎳中的一種或兩種以上的組合。

進一步，所述的熔鹽介質為NaCl、NaI或NaBr中的一種或兩種以上的組合；所述的熔鹽介質與制備得到的高性能鈉離子電池三元正極材料的摩爾比為(4-8):1。

進一步，所述的步驟(2)中的有機分散劑為甲醇、乙醇、乙醚或丙酮一種或兩種以上的組合；所述的有機分散劑與前驅體混合物的體積比為(10-30):1。

進一步，所述的步驟(3)中的恒溫干燥箱的溫度為60-100℃。