[發明專利]鈮包覆型鎳鐵錳鈉離子電池用前驅體制備方法

在審

• 申請號: 202310377843.2
• 申請日: 2023-04-10
• 公開（公告）號: CN116514179A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 孫磊;劉飛;楊永生;郭淑珍;王耀璽;徐明
• 申請（專利權）人: 寧夏中色金輝新能源有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;C01G33/00
• 代理公司: 寧夏君創未來專利代理事務所(普通合伙) 64107
• 代理人: 周曉梅

本發明屬于電極材料技術領域。本發明提供一種鈮包覆型鎳鐵錳鈉離子電池用前驅體制備方法。該方法通過鈮酸溶液與前驅體材料即鎳鐵錳共同作用形成包覆層。與現有技術相比，本發明在包覆鈮時，鎳鐵錳溶液與鈮酸溶液同時加入，包覆層除了含有氫氧化鈮外，還含有鎳鐵錳的氫氧化物，形成的混合包覆層更加穩定和緊密。包覆后的前驅體與不包覆的前驅體相比，電池的容量、循環性以及倍率性能，電池的安全性、快充性，耐用性均可提高。

技術領域

本發明屬于電極材料技術領域，尤其涉及一種鈮包覆型鎳鐵錳鈉離子電池用前驅體制備方法。

背景技術

隨著能源危機和環境污染的不斷加劇，節能環保有關行業的發展被高度重視。以致于汽車逐步向電動化轉化。但電池作為電動汽車的核心部件，需求量巨大，電池成本占了汽車成本的近40％。因此成本競爭成為了行業發展繞不開的主體。同時，我國又是一個鋰資源和鈷資源相對貧乏的國家，但我國鈉資源相當豐富，而且價格低廉，因此價格低廉的鈉離子電池便備受國家關注，為此國家工信部在回復委員提案《關于在我國大力發展鈉離子電池的提案》時表示：高性價比的鈉離子電池有望成為鋰離子電池的重要補充。

由于碳酸鈉資源豐富，鈉電原材料具備成本優勢，同時供應充足，未來供應連會更加安全。加上國家政策層面的重視，各方投入研發使鈉電發展迅速，未來首選取代鉛酸電池，逐步應用于電動兩輪車及儲能領域，市場潛力巨大。

但當下對鈉電發展最致命的問題是由于鈉離子半徑相對較鋰離子半徑大，導致了鈉離子在正極中嵌入/脫嵌阻力很大，導致了容量損失較大。此外，在鈉離子嵌入/脫嵌過程中還容易導致正極內部結構的變化，進一步影響了電池容量的損失。同時在鈉離子嵌入/脫嵌過程中還容易發生電解液也正極發生副反應的因素，進一步降低了電池的循環壽命。雖然專利CN202111500787和CN202211325451能改善電池安全性問題以及循環問題，但并不能徹底改善鈉離子電池普遍容量偏低以及耐高溫問題。

申請號為202210514181.4，名稱為“鈮包覆鎳鈷錳三元前驅體及制備方法及應用”的專利申請公開的技術方案是將鎳鈷錳三元前驅體表面包覆氫氧化鈮。但是該方案在包覆氫氧化鈮的過程為“將過渡金屬離子溶液、氨水溶液使用蠕動泵加入到反應釜中，流速均為1～3ml/min，保持反應釜內溫度為50～60℃，攪拌器轉速為600～1000rpm/min，調控氫氧化鈉溶液的流速，保持溶液pH值為10.5～11。過渡金屬離子溶液進料完畢之后，草酸鈮溶液以1～3ml/min速率進料”。由于氫氧化鈮自身的性質很難包覆，因此，采用該方式的包覆層不穩定也不緊密，甚至含鈮化合物還會單獨成核。

發明內容

有鑒于此，有必要提供一種容易包覆且包覆緊密的鈮包覆型鎳鐵錳鈉離子電池用前驅體制備方法。

一種鈮包覆型鎳鐵錳鈉離子電池用前驅體制備方法包括以下步驟：

步驟S1：配置原料：

配置預定濃度的鎳鐵錳鹽混合溶液待用；

配置預定濃度的氨水做絡合劑待用；

配置預定濃度的氫氧化鈉溶液做沉淀劑待用；

配置預定濃度的鈮酸溶液待用；

步驟S2：配置底液：

在反應釜中加入純水，開啟攪拌，并向反應釜中通入保護氣體，以排出純水中的氧氣；加熱純水，當純水溫度為50攝氏度時，開始向純水內加入預定量的氨水、氫氧化鈉和乙醇溶液配置成底液，底液的PH為11.5-12.2；氨濃度為0.05-0.8mol/L；

步驟S3：制備前驅體：將步驟S1配置好的鎳鐵錳鹽混合溶液、氨水、氫氧化鈉溶液并流流入反應釜內，與步驟S2配置的底液進行混合，鎳鐵錳鹽混合溶液、氨水、氫氧化鈉溶液的流速分別為10-50ml/min，流入后混合液體的PH控制在10.5-11.6，直至形成粒度大于3.7um的前驅體；