一种高首次库伦效率的钠离子电池正极材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于钠离子电池，具体涉及一种高首次库伦效率的钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、能源是人类赖以生存和发展的基础，传统的能源，如：煤、石油、天然气等面临着储量下降以及因大量使用带来的环境污染等问题，无法持续满足社会需求。为了适应未来社会发展，需要开发清洁的可再生能源，如风能和光能等。然而，可再生能源的在使用过程中存在一些问题，如怎样调节变化的可再生能源，并平稳、安全地将它们整合到电网中，以及如何在日间和夜间平衡发电和用电的需求等。因此，需发展廉价高效的大规模储能技术。在各种储能技术中，锂离子电池发展迅速并且技术成熟，但存在资源不足等问题。钠离子电池由于其资源丰富和成本低以及与锂离子电池相似的特点，是最有希望的替代候选者，而开发高容量正极材料是实际应用的关键。

2、目前钠离子电池正极材料存在首次库伦效率较低、放电比容量低等问题。当材料脱出同样多的钠离子时，由于首次库伦效率越高，则能往回嵌入更多的钠离子，即放电比容量越高，所以提升首次库伦效率可以有效提高材料的放电比容量。

3、为了提升材料的首次库伦效率，在锂离子电池正极材料中，锂的配比量是过量的，且采用掺杂、包覆等方法来提升材料的首次库伦效率，因此在钠离子电池正极材料中也通常采用类似的方法。不过，在钠离子电池层状正极材料中，通过掺杂、包覆的方法将过量的钠转变为钠的化合物之后，容量虽能提高，但对首次库伦效率的提升并不明显，并且钠离子电池层状正极材料对水分更加敏感，如果钠过量，表面残钠量很难控制，容易导致残钠量较高，最终影响材料的性能表现。

技术实现思路

1、本发明提供了一种高首次库伦效率的钠离子电池正极材料及其制备方法和应用，其目的在于解决现有技术中钠离子电池正极材料首次库伦效率不高及残钠不易控制的问题。

2、为了实现上述技术效果，本发明采取了如下的技术方案：

3、本发明提供了一种高首次库伦效率的钠离子电池正极材料的制备方法，包括将含金属元素的前驱体和钠源混合或者将金属化合物与钠源混合形成混合料a1；

4、将混合料a1与碳源混合得到混合料a2；

5、将混合料a2煅烧得到所述高首次库伦效率的钠离子电池正极材料；

6、所述含金属元素的前驱体包括m(oh)2、mco3、mc2o4其中的任意一种或多种的组合，其中m选自ni、fe、mn、cu、al、zn、co、ti、mg其中的一种或多种的组合，当m为两种以上的元素组合时，mn为必选元素；

7、所述金属化合物包括ni、fe、mn、cu、al、zn、co、ti、mg的氧化物、乙酸盐、硝酸盐、硫酸盐中的其中任意一种。

8、进一步地，所述含金属元素的前驱体与所述钠源混合形成混合料a1时，钠配比为0.91-0.99，其中所述钠配比为实际钠添加摩尔比与所需合成分子式中钠的摩尔比之间的比值。

9、进一步地，所述金属化合物与所述钠源混合形成混合料a1时，钠配比为0.91-0.99，其中所述钠配比为实际钠添加摩尔比与所需合成分子式中钠的摩尔比之间比值。

10、进一步地，所述钠源包括碳酸钠、氢氧化钠、乙酸钠、硝酸钠、柠檬酸钠中的任意一种或两种以上的组合。

11、进一步地，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、淀粉其中的任意一种。

12、进一步地，所述含金属元素的前驱体通过共沉淀法制得，包括按分子式摩尔比例称取所需化合物并配制成金属盐溶液，以氨水为络合剂，氢氧化钠溶液为沉淀剂，搅拌结晶获得前驱体。

13、进一步地，将所述混合料a1与所述碳源按照1∶0.015-0.16的质量比混合得到所述混合料a2。

14、进一步地，上述混合料a2的煅烧包括先将所述混合料a2在400-650℃预烧2-8h，排出水分以及二氧化碳，再在700-1100℃下，煅烧8-20h。

15、采用本发明提供的制备方法制得的层状高首次库伦效率的钠离子电池正极材料并将上述材料应用到钠离子电池中。

16、与现有技术相比，本发明具有的有益效果至少在于：

17、1.本发明制备的正极材料具有高首次库伦效率，并且在高电压范围内仍然具有高的首次库伦效率。

18、2.本发明中通过降低钠配比与加入碳源，显著提高钠离子电池正极材料的首次库伦效率，并且在高电压范围内仍然具有高的首次库伦效率，与传统掺杂、包覆等工艺方法相比，过程简单易控，成本更低。

19、3.采用较低的钠配比，能够从理论上降低残钠过高，不易控制的问题，改善材料的加工性能。

20、4.本发明原料易得，成本低，制备过程简单，有利于工业化生产，能够改善材料的充放电容量，提升材料的活性储钠位点。

技术特征：

1.一种高首次库伦效率的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高首次库伦效率的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于包括：所述含金属元素的前驱体与所述钠源混合形成混合料a1时，钠配比为0.91-0.99，其中所述钠配比为实际钠添加摩尔比与所需合成分子式中钠的摩尔比之间的比值。

3.根据权利要求1所述的高首次库伦效率的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于包括：所述金属化合物与所述钠源混合形成混合料a1时，钠配比为0.91-0.99，其中所述钠配比为实际钠添加摩尔比与所需合成分子式中钠的摩尔比之间比值。

4.根据权利要求1所述的高首次库伦效率的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述钠源包括碳酸钠、氢氧化钠、乙酸钠、硝酸钠、柠檬酸钠中的任意一种或两种以上的组合。

5.根据权利要求1所述的高首次库伦效率的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述含金属元素的前驱体通过共沉淀法制得，包括按分子式摩尔比例称取所需化合物并配制成金属盐溶液，与络合剂、沉淀剂混合搅拌结晶获得前驱体。

6.根据权利要求5所述的高首次库伦效率的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、淀粉其中的任意一种；

7.根据权利要求1所述的高首次库伦效率的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述煅烧包括先将所述混合料a2在400-650℃预烧2-8h，再在700-1100℃下，煅烧8-20h。

8.一种高首次库伦效率的钠离子电池正极材料，其特征在于：采用如权利要求1-7任一项所述的制备方法制得。

9.根据权利要求8所述的高首次库伦效率的钠离子电池正极材料，其特征在于：所述高首次库伦效率的钠离子电池正极材料化学式为naxmo2，其中x≤1，m选自ni、fe、mn、cu、al、zn、co、ti、mg中的至少一种或多种组合，当m为多种元素的组合时，mn为必选元素；

10.一种钠离子电池，包括正极、负极、电解液、隔膜，其特征在于，所述正极包括权利要求8或9所述的高首次库伦效率的钠离子电池正极材料。

技术总结
本发明提供了一种高首次库伦效率的钠离子电池正极材料及其制备方法和应用，所述方法包括将含金属元素的前驱体或按比例称取的金属氧化物与低配比钠源混合再与碳源混合，将混合物煅烧制得正极材料。本发明通过降低钠配比以及加入碳源，使得钠离子能够更充分的进入材料，提高了材料的首次库伦效率，降低了残钠含量，本发明提供的制备方法原料易得，成本低，易推广。将采用本发明提供的制备方法制得的正极材料组装到钠离子电池中，能够提升电池的综合性能。

技术研发人员：周伟,徐雪松,李婷婷,孙褚俊,田子启,张中彩,周晓崇
受保护的技术使用者：湖州超钠新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16