[发明专利]一种钠离子电池正极材料表面改性方法

说明书

本发明涉及一种钠离子电池正极材料表面改性方法，本发明是为了解决现有技术中钠离子三元正极材料储存要求高、加工性差以及电池循环稳定性不佳等问题，而提供一种三元正极材料表面改性方法。利用二氧化碳与三元正极材料表面的金属氢氧化物反应，在三元正极材料表面原位生成一层均匀致密的金属碳酸盐包覆层。该包覆层不仅与三元正极材料基体结合紧密，可有效抑制三元正极材料与潮湿空气发生反应，降低对存储和使用环境的要求，改善其后续电极加工性能，同时此原位构筑包覆层可以将三元正极材料与电解液隔离，减少电极表面副反应的发生，增强电极材料结构稳定性，提高电池循环性能，此外，该表面改性方法操作简单，成本低廉。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池正极材料表面改性方法，属于钠离子电池正极材料技术领域。

背景技术

近年来，蓬勃发展的锂离子电池市场迅速从消费电子产品扩展到汽车行业。然而，有限的锂资源严重地限制了锂离子电池的大规模应用，钠离子电池和锂离子电池具有相似的电化学反应机制，钠元素资源丰富，价格低廉，逐渐被关注。

层状钠离子电池三元正极材料具有较高的理论容量，特别是高镍三元正极材料，然而，富镍材料在空气中容易变质，特别是潮湿的空气，因为空气中的水分易与材料表面的钠反应生成不均匀的氢氧化钠，而氢氧化钠又进一步与空气中的二氧化碳反应生成不均匀的碳酸钠，从而造成材料表面变质，导致内部的金属元素分布不均匀引起过渡金属元素的外逸，引发后续正极浆料制备困难、正极容量衰减和循环稳定性变差，倍率性能差等一系列问题。因此，未改性的三元正极材料对储存环境和加工环境的要求较高，而且三元正极材料在充放电过程中容易与电解液发生一系列的副反应。研究人员通常采用表面包覆的方式来解决上述问题，以提高材料的循环稳定性。

用于包覆的材料主要有Na₃PO₄、NaCrO₂、NaAlO₂等。对三元正极材料表面包覆改性方法目前主要有固相和液相包覆烧结两种。两种包覆方法所得到得包覆层与基体结合较弱，而且厚度不均一。在循环过程中，由于钠离子的嵌入和脱出引起体积变化所产生的应力，会使得包覆层破裂，活性物质暴露在电解液中，进而引起材料的恶化，循环稳定性变差。

针对上述问题，本发明提供一种二氧化碳表面改性处理方法，二氧化碳能够快速均匀渗入二次晶粒之间，与三元正极材料表面的金属氢氧化物反应后生成一层均匀而致密的金属碳酸盐，且其与三元正极材料基体结合紧密，不仅能够有效分离活性物质与电解液的直接接触，防止副反应发生，提高活性物质的结构稳定性，同时还可大幅提高三元正极材料对潮湿环境的化学稳定性，有助于改善三元正极材料的存储性和后期加工性。该方法相对于传统包覆方法具有操作简单方便，快速高效，成本低廉，无“三废”等优势，极具规模化生产潜力。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中不足，而提供一种快速高效、成本低廉、无“三废”等优势的提高钠离子电池三元正极材料储存稳定性和加工性的改性方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种钠离子电池正极材料表面改性方法，所述方法包括如下步骤：

S1、先将钠离子电池三元正极材料放入反应釜中，再将反应釜抽真空后向其中通入二氧化碳气体；

S2、将反应釜保温反应一段时间后排气，即得改性三元正极材料。

作为优选，所述三元正极材料的化学式为Na Ni_(1-x-y)Co_xM_yO₂，x+y≤0.7，M为Mn、Al、Mg或Fe。