[發明專利]一種正極材料及其制備方法與正極極片、水系鈉離子電池

在審

• 申請號: 202310379096.6
• 申請日: 2023-04-11
• 公開（公告）號: CN116190811A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 丁波;熊明文;武聰聰;李明珠;李明剛;丁南南;湯冬潔
• 申請（專利權）人: 蘇州鈉珠新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/38
• 分類號: H01M10/38;H01M4/505;H01M4/74;H01M4/04;H01M4/62
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 郭大美

本發明公開了一種正極材料及其制備方法與正極極片、水系鈉離子電池，屬于水系電池技術領域。該方法包括以下具體制備步驟：包括以下具體制備步驟：步驟S101：按照Nasubgt;x/subgt;MnOsubgt;2/subgt;化學計量比例稱取鈉源和錳源，將稱取的鈉源和錳源加入超臨界高壓反應容器內，超臨界高壓容器的控制壓力值為：2MPa≤P≤10MPa，反應得到錳酸鈉正極材料；步驟S102：將步驟S101得到的錳酸鈉正極材料和導電碳材料混合，混合后加入到高能球磨得到水系鈉離子電池正極材料Nasubgt;x/subgt;MnOsubgt;2/subgt;/C。本發明以不同鈉源和錳源為原料，將稱取的鈉源和錳源加入超臨界高壓反應容器內，反應得到錳酸鈉正極材料。

技術領域

本發明屬于水系電池技術領域，具體涉及一種正極材料及其制備方法與正極極片、在水系鈉離子電池上的應用。

背景技術

鈉離子電池等新型電池作為推動新能源產業發展的壓艙石，是支撐新能源在電力、交通、工業、通信、建筑、軍事等領域廣泛應用的重要基礎，也是實現碳達峰、碳中和目標的關鍵支撐之一。目前鈉離子電池在產業化進程中尚存在能量密度較低、循環壽命較短、配套供應鏈與產業鏈不完善等問題，預計未來隨著產業投入的加大，技術走向成熟、產業鏈逐步完善，高性價比的鈉離子電池有望成為鋰離子電池的重要補充，尤其是在固定式儲能領域將具有良好應用前景。鈉離子電池是一種濃差電池，其電極材料的性能直接影響電池的性能，影響電極材料性能較多的是材料結構的穩定性、生產工藝及材料的特性等，魯明峻等在《水系鈉離子電池正極材料及電解液研究進展》一文中明確了鈉離子電池電極材料不能照搬鋰離子電池，需要尋找新型結構的正極材料，使用水系電解液，構建適宜鈉離子脫嵌與嵌入的專屬通道，目前鈉離子電池正極材料主要包括：過渡金屬氧化物、普魯士藍類化合物、聚陰離子型化合物以及其他有機化合物等，這些不同結構類型的儲鈉正極材料具有各異的鈉離子傳輸路徑和勢壘，導致電極材料的電化學性能也不盡相同。其中過渡金屬氧化物目前研究較多，但其在水系電解液中，這類材料也面臨著多項挑戰，當務之急就是解決電極材料在水系電解質中的溶解、與電解液的副反應和低電子電導率的問題。因此，如何增加顆粒材料的導電子和導離子性是正極材料對提高鈉離子電池的效能具有重大研究意義。

經檢索，中國專利CN202211220632.X公開了一種碳復合錳酸鈉水系鈉電正極材料制備方法，稱取定量鈉源和錳源，并設計鈉源過量3％～15％，將稱取的鈉源和錳源加入含(0.2～5％)增稠劑的有機溶劑中進行高速球磨混合，再進行干燥，制備水系鈉電錳酸鈉前驅體材料，粉末壓片處理，再高溫煅燒，將制備的錳酸鈉正極材料和(0.5～2％)二維或三維導電碳材料進行球磨混合。本發明制備的碳復合錳酸鈉正極材料與活性炭組裝成水系鈉離子電池，具有較好的循環穩定性能，本發明的電池采用上述方法制備的碳復合錳酸鈉正極材料與活性炭組裝成1.2Ah的水系鈉離子電池，電解液為(5～12)M的氫氧化鈉溶液，1C循環1000圈時容量保持率為92.5％，具有較好的循環穩定性，給水系鈉電儲能產業應用提供參考。但是通過分析該專利公開的水系鈉離子電池，其性能仍有待提升。

發明內容

1、要解決的問題

針對上述的問題，本發明的目的是提供一種正極材料及其制備方法與正極極片、水系鈉離子電池，提升電池的容量和電池的循環性能。

2、技術方案

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的水系鈉離子電池正極材料的制備方法，包括以下具體制備步驟：

步驟S101：按照Na_xMnO₂化學計量比例稱取鈉源和錳源，其中x＝0.44～1，將稱取的鈉源和錳源加入超臨界高壓反應容器內，并加入鈉源和錳源總質量100～500％的有機溶液，超臨界高壓容器的控制壓力值為：2MPa≤P≤10MPa；加熱溫度為180～300℃，攪拌速度為200～500rpm，加熱反應時間為10～30min，然后冷卻取出攪拌烘干，得到錳酸鈉正極材料；