[发明专利]一种高纯的微米级球形钠电材料的制备方法

说明书

本发明涉及电池制备领域，具体涉及一种高纯的微米级球形钠电材料的制备方法，适用于在合成出高纯的微米级球形Na_0.7CoO₂颗粒的基础上，减少工艺流程、降低生产成本，且无有害气体产生，该制备方法依次包括混合液的配制：先将分析纯的Co(OH)₂、NaOH混合均匀，再一起溶解在去离子水中，对上述混合液持续加热、搅拌(400‑600 rpm)，置于马弗炉内加热，加热结束后即可制备得到黑色的微米级颗粒状四氧化三钴，将上述微米级颗粒状四氧化三钴粉末与碳酸钠，球磨，取出压制成块，送入马弗炉，于550‑850℃，加热2‑6 h,即可得到黑色粉末,将黑色粉末加入到1 M HCl溶液中搅拌20 min，液固分离后，用去离子水清洗3‑6次，真空干燥即可得到高纯度的球形Na_0.7CoO₂粉末。

技术领域

本发明涉及电池制备领域，具体涉及一种高纯的微米级球形钠电材料的制备方法。

背景技术

钠离子电池凭借理论容量高、制造成本低、钠矿资源丰富等特点，已成为颇具潜力的储能对象。随着社会的发展，人们对能源的需求与日俱增，与钠离子电池正极材料相关的研究也越来越多。能够被选为钠电正极材料，需具有较高电势及稳定性。目前较为广泛使用的材料是磷酸钒钠(Na₃V₂(PO₄)₃)，它具有较高的理论容量，在室温条件应用效果较好，但其材料本身存在制备工艺复杂、控制难度大等缺点，且原材料成本高，还常含有对人体有害的钒、磷等元素，故在规模化应用方面存在着一定的局限性。

Na_0.7CoO₂具有层状与球状两种结构，作为钠离子电池正极材料其电势可高达3.8V，是目前一种很具有潜能的新型钠电材料，其最大优点是循环性能稳定，可以在室温环境下长期工作，材料本身无毒性、无污染，与硬碳、磷酸钒之类的钠电材料相比，其电化学可逆性好、原料成本低、制备工艺成本低、合成产物稳定性高、纯度高等优点，更加适合在钠离子电池中规模化应用。相较于片状的Na_0.7CoO₂ (钠离子脱嵌过程中易发生相变而导致循环稳定性较差)，球形的Na_0.7CoO₂也同样具有杰出的电化学性能，且稳定性更好，表明Na_0.7CoO₂ 的球形化是钠电正极材料的重要发展方向。

目前，制备Na_0.7CoO₂钠电材料的方法过程为：先将钴前驱体烧至为Co₃O₄，再加入Na₂CO₃，在适宜温度空气气氛下烧制而得Na_0.7CoO₂。该方法存在粉体污染，处理温度较高、处理时间长，产物组成和颗粒分布等方面存在较大差异、纯度低等缺点。

中国专利公开号为CN109095514A，公开日为2018年12月28日的发明专利公开了一种以模板法制备不同形貌P2-Na_0.7CoO₂材料的方法，该方法以多形貌碱式碳酸钴为原料，形成四氧化三钴模板，然后与Na₂CO₃固相烧结制备出P2-Na_0.7CoO₂，可获得不同形貌(粒状、棒状及片状) Na_0.7CoO₂粉末材料。虽然该发明在整个制备过程中不产生有毒有害气体，但其仍旧具有以下缺陷：

首先，该发明采用了模板法，需要先将含钴溶液转化为多形貌碱式碳酸钴，存在难度系数较高的中间控制环节，且工艺环节较多，形貌控制难度较大，易导致物相不纯；

其次，该发明在合成多形貌碱式碳酸钴时的控制难度较高，增加了生产成本，而且在某些操作上还需要一定的压力限制，再次增加了生产成本；