[发明专利]一种多孔球形结构镍锰酸钠正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔球形结构镍锰酸钠正极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将镍锰金属盐溶液、碳酸盐沉淀剂溶液和络合剂溶液加入装有底液的反应釜中进行共沉淀反应得到内外结晶度不同的实心结构的镍锰二元碳酸盐前驱体；（2）将实心结构的镍锰二元碳酸盐前驱体进行煅烧，实心结构的镍锰二元碳酸盐分解得到层状结构的镍锰二元氧化物前驱体；（3）将层状结构的镍锰二元氧化物前驱体与钠盐进行均匀混合，并进行煅烧，即得到所述多孔球形结构镍锰酸钠正极材料。本发明制备的镍锰酸钠正极材料为多孔球形结构，具有优异的倍率性能和大倍率下的循环稳定性，具有较大的能量密度。

技术领域

本发明属于电池材料领域，尤其涉及一种钠正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池（LIB）相比传统电池具有高能量密度、循环寿命长以及安全性高等优点，已广泛应用于小型便携式电子设备。然而，在功率密度要求不高的固定式储能系统等大型能量存储应用时，由于大型能量存储设备需要消耗很多的锂元素，地壳中锂的含量低（0.0017%）、成本高和分布不均匀成为限制锂电池发展的因素。因此有必要寻找另一种低成本的替代者。由于钠资源丰富，易于获取，成本低廉，钠离子电池（SIB）的发展受到了越来越多地关注。其中，层状钠过渡金属氧化物正极材料Na_xMO₂（M=Fe、Mn、Ni、Co、Cr及其组合），由于其能量密度高、结构简单、易合成而得到了广泛关注，具有很高的应用潜力。

P2-Na_0.67Mn_0.67Ni_0.33O₂作为一种经典的钠电正极材料，因其比容量大、工作电压高且能在空气中稳定存在，受到了广大储能研究者的青睐。在对P2相镍锰基正极材料的研究中，其存在的层状过渡金属材料所固有的充放电过程中复杂的相变、结构易坍塌以及能量密度有限等缺点也限制了其进一步的发展。为了提高P2相镍锰基钠离子电池正极材料的电化学性能，目前研究所采取的主要方法为通过掺杂取代、控制微观形貌、氧化物包覆、制作混相等方法，以从不同的角度改善材料的性能。研究表明，设计合理的结构能够使钠离子在结构中快速的脱嵌，同时缓解充放电过程中的结构应力，从而提高材料的电化学性能。

CN109599553A中公开了一种中空球形镍锰酸钠材料及其制备方法，制备了中空球形Na_0.5Ni_0.25Mn_0.75O₂正极材料，提高了材料的循环稳定性。但是该材料在1.5-3.0V的电压窗口内，2C的电流倍率下，比容量仅为0.1C倍率下的56.28%，大倍率放电能力较低，并且材料工作电压较低，能量密度较低。此外，中空球结构也会使得材料的能量密度降低，不利于商业化生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种倍率性能优异的多孔球形结构镍锰酸钠正极材料的制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种多孔球形结构镍锰酸钠正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将镍锰金属盐溶液、碳酸盐沉淀剂溶液和络合剂溶液加入装有底液的反应釜中进行共沉淀反应得到内外结晶度不同的实心结构的镍锰二元碳酸盐前驱体；

（2）将步骤（1）中得到的实心结构的镍锰二元碳酸盐前驱体进行煅烧，实心结构的镍锰二元碳酸盐分解得到层状结构的镍锰二元氧化物前驱体；

（3）将步骤（2）中得到的层状结构的镍锰二元氧化物前驱体与钠盐进行均匀混合（钠盐的用量依据正极材料的分子式确定），并进行煅烧，即得到所述多孔球形结构镍锰酸钠正极材料。

上述制备方法中，优选的，步骤（1）中共沉淀反应时的具体过程如下：将镍锰金属盐溶液、碳酸盐沉淀剂溶液和络合剂溶液逐滴加入到底液中，控制反应条件进行共沉淀反应，反应完全后经陈化、过滤、洗涤、干燥后得到实心结构的镍锰二元碳酸盐前驱体。