[發明專利]鈉離子電池正極材料、前驅體以及制備方法

有效

• 申請號: 202210541178.1
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN115057482B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 張佳峰;王琦;王小瑋;余桂輝;鄒景田;李鵬飛;趙早文
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M10/054;H01M4/505;H01M4/04;C01G53/00;H01M4/36
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 李瓊芳

本發明屬于鈉離子電池材料技術領域，公開了鈉離子電池正極材料及其前驅體，以及制備方法。所述前驅體材料包括內核和外殼，內核的鎳含量低于外殼的鎳含量。前驅體材料混鈉燒結后得到正極材料，正極材料具有O3型的內核、P2型的外殼。正極材料的內核和外殼中的鎳含量不同且摻雜不同的元素，在保障較高可逆容量的同時，進一步提高內核的循環穩定性和外層的倍率性能。本發明通過共沉淀的方式在前驅體的內核和外殼摻雜元素，摻雜元素能夠均勻分布在材料內部。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池材料技術領域，具體涉及鈉離子電池正極材料、前驅體以及制備方法。

背景技術

傳統化石能源的不斷消耗帶來了日益嚴重的資源和環境問題，其解決根本在于開發綠色、可持續的新能源。鈉離子電池具有成本低、鈉資源豐富等優點，被認為是下一代新能源儲能材料的候選者。但是，目前鈉離子電池中的重要組成部分—正極材料，存在著能量密度低、循環穩定性差的問題，限制了其發展應用。因此，亟待開發高能量密度且長壽命的鈉離子電池正極材料。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的之一是提供一種循環穩定性和倍率性能較高的鈉離子電池正極材料。本發明的目的之二是提供鈉離子電池正極材料的前驅體材料。本發明的目的之三是提供鈉離子電池正極材料以及前驅體材料的制備方法。

為實現上述目的，本發明提供以下技術方案。

首先，本發明提供一種鈉離子電池正極材料的前驅體材料，所述前驅體材料包括內核和外殼，內核的鎳含量低于外殼的鎳含量；所述內核的化學通式為Ni_x1Fe_y1Mn_1-x1-y1-aM¹_a(OH)₂，其中0≤x1≤0.4，0.3≤y1＜1，0＜a≤0.1，?M¹為Cu、Nb、Mo中的一種或幾種；所述外殼的化學通式為Ni_x2Fe_y2Mn_1-x2-y2-bM²_b(OH)₂，其中?0x2≤0.6，0.3≤y2＜1，0＜b≤0.1，M²為Zr、W、Ta中的一種或幾種。

在本發明的部分優選實施方式中，所述前驅體材料的內核平均直徑為1~2μm，外殼的厚度為1~2μm。

此外，本發明提供上述鈉離子電池正極材料的前驅體材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1，根據前驅體材料內核中各金屬元素的含量配制混合金屬鹽溶液Ⅰ；根據前驅體材料外殼中各金屬元素的含量配制混合金屬鹽溶液Ⅱ；配制沉淀劑溶液和絡合劑溶液；所述絡合劑溶液為氨水溶液；

步驟S2，將混合金屬鹽溶液Ⅰ、沉淀劑溶液和絡合劑溶液并流加入反應釜中，加熱攪拌，進行共沉淀反應；控制共沉淀反應體系的溫度為55~75℃、pH值為10.5~11.5、氨濃度為10~20g/L、攪拌速度為250~300rpm；

步驟S3，待步驟S2所述的共沉淀反應體系的漿料粒度D50達到預設值時，停止加入混合金屬鹽溶液Ⅰ，改為加入混合金屬鹽溶液Ⅱ，并調整反應體系的溫度為60~80℃、pH值為10~11、氨濃度為20~30g/L、攪拌速度為250~300rpm；待反應漿料的粒度達到目標值時，停止反應；

步驟S4，步驟S3得到的反應漿料經陳化、過濾、洗滌、干燥后，得到前驅體材料。

在本發明的部分優選實施方式中，混合金屬鹽溶液Ⅰ中金屬離子的總濃度為1~2mol/L；混合金屬鹽溶液Ⅱ中金屬離子的總濃度為1~2mol/L。