[發明專利]一種層狀錳基鈉離子電池正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010008099.5
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111180721B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 張忠華;姜娜;馬文盛
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/054;B82Y40/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王素平

本發明屬于鈉離子電池技術領域，涉及一種層狀錳基鈉離子電池正極材料的制備方法。其特征是工藝步驟包括：選擇金屬Mn再添加一種過渡金屬M，與鋁熔融形成合金液,過渡金屬M為Fe、Co、Ni、Cu、Ti、V、Cr、Zr、Mo、Ru中的任意一種；將合金液澆鑄成錠后熔化甩帶形成合金條帶；用堿性溶液腐蝕掉合金條帶中大部分的鋁，得含有金屬Mn、Al、M的金屬氧化物前驅體；然后將前驅體與一定比例Na2CO3或NaOH混合研磨，在空氣氣氛下進行燒結，并冷卻至室溫，得到層狀氧化物。本發明工藝簡單高效，成分可控，實驗結果重復性強，設備要求較低，容易實現批量生產，所得產品是一種層狀錳基鈉離子電池正極材料。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池領域，涉及一種層狀錳基鈉離子電池正極材料的制備方法。

背景技術

21世紀以來，鋰離子電池因材料體系廣泛、能量密度高而成為主流的儲能電池體系，已廣泛應用于各種便攜式設備以及電動汽車中。然而，由于鋰資源逐漸枯竭且在世界各地分布不均，鋰離子電池在大規模存儲電網中的應用受限。基于以上考慮，人們將目標轉向儲量豐富，價格低廉且與鋰化學性質相似的金屬鈉，鈉離子電池成為電化學儲能的希望，是取代鋰離子電池的最佳選擇。

對新型能量存儲體系的需求增加和鈉離子電池市場的不斷擴張，使得高性能鈉離子電極材料研究變的日益重要。正極材料是影響電池能量密度、使用壽命、成本的重要因素,開發高效的正極材料對于推進鈉離子電池商業化至關重要。鈉離子電池正極材料種類較多，有層狀過渡金屬氧化物Na_xMO₂(0.5x1,M＝Fe、Mn、Cr等)、聚陰離子型化合物NaMPO₄F和NaMPO₄(M＝Fe、V等)、隧道狀過渡金屬氧化物Na_0.44MO₂(M＝Fe、Mn、Cr等)。其中，層狀錳基正極材料Na_xMnO₂因比容量高、成本低廉、環境友好等優勢被認為是最有希望商業化的正極材料之一。

目前，層狀錳基鈉離子電池正極材料主要的制備方法有溶膠-凝膠法(Ramasamy HV,Kaliyappan K,Thangavel R,et al.Efficient Method of Designing Stable LayeredCathode Material for Sodium Ion Batteries Using Aluminum Doping.The Journalof Physical Chemistry Letters,2017,8(20):5021-5030.)、共沉淀法(徐碩炯，張俊喜，劉瑤，共沉淀法合成鈉離子電池正極材料磷酸鐵.電池，2013,43(6):314-317)、固相合成法(Zhang C,Gao R.Zheng L.et al.New Insights into the Roles of Mg in NewInsights into the Roles of Mg in Improving the Rate Capability and CyclingStability of O3-NaMn_0.48Ni_0.2Fe_0.3Mg_0.02O₂ for Sodium-Ion Batteries.AppliedMaterials Interfaces,2018,10(13):10819-10827.)。溶膠-凝膠法所獲得產品化學均勻性好、純度高，但干燥過程較為復雜，合成周期長，工業生產難度大。共沉淀法可獲得粒度分布均勻的產物且產量較大，但需控制的工藝參數眾多，尤其需要對PH值進行嚴格控制，數據重復性不好。固相合成法雖簡單高效，但最終的粒子尺寸較大且分布不均，對正極材料的性能造成不良影響，同時有反應時間長、能耗高的缺點。

發明內容

針對上述現有技術中存在的不足，本發明提供了一種層狀錳基鈉離子電池正極材料的制備方法，該方法工藝簡單高效、成分可控、產品形貌好，純度高，可以實現批量生產。

本發明是通過以下方式實現的：