[发明专利]一种二次电池正极材料及其烧结方法、制备方法与应用

说明书

本发明属于二次电池材料技术领域，具体涉及一种二次电池正极材料，并进一步公开其制备方法与应用。本发明所述二次电池正极材料的烧结方法，通过对煅烧前物料装钵量、匣钵高度等参数条件的优化，尤其是，通过对物料进行划块处理行程区域块煅烧的方式，有效提高了材料烧结过程中的均匀性，同时降低材料烧结过程中产生的二氧化碳对材料本身的影响，尤其利于改善固相法合成材料容易出现元素及材料粒径分布不均匀情况。

技术领域

本发明属于二次电池材料技术领域，具体涉及一种二次电池正极材料，并进一步公开其制备方法与应用。

背景技术

二次电池(Rechargeable battery)又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。充电电池的充放电循环可达数千次到上万次，故其相对干电池而言更经济实用。目前，市场上主要的充电电池有镍氢电池、镍镉电池、铅酸(或铅蓄)电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池等。

尽管以锂离子电池为代表的二次电池已经被广泛应用于电动汽车等领域，但仍面临一些短期内难以完全解决的棘手难题。例如，锂离子电池中除过正常的充放电反应，还存在很多副反应；锂资源在地壳中分布含量较低，随着用量逐年增加，其价格越来越高，当前70％锂资源分布在南美洲，我国为锂离子电池制造大国，80％锂资源依赖进口，从而限制我国新能源电池行业的发展。钠离子电池作为与锂离子电池具有相似的工作原理的二次电池，是低成本高安全性储能设施的重要组成部分，因此，开发性能稳定的钠离子电池尤其是性能稳定的正极材料是一个亟待解决的问题。

传统的P2型结构材料由于材料中钠含量较低，影响电池的容量通常偏低，而O3型正极材料中，虽然钠含量较高，但是通常在空气中难以稳定存在。这是因为，O3型钠离子电池正极材料由于Na含量较高，容易出现Na-H交换，导致表面钠离子含量相对较高，而表面较高的钠含量容易形成碳酸钠以及氢氧化钠等导电性差的物质，这些物质一方面会影响材料与电解液接触，导致材料容量以及首效受损，另一方面过高的残余钠含量容易导致粘结剂胶液发生交联反应，影响匀浆涂布过程。同时，由于材料在循环过程中容易发生过渡金属溶解问题，进而影响材料的循环稳定性；而传统固相法制备样品由于涉及原料种类较多，容易出现烧结后元素分布不均匀情况，同样会影响材料的电学性能。

中国专利CN113823764A公开了一种用于烧结正极材料的辊道窑炉和多元正极材料及其制备方法，通过将传统的煅烧匣钵设置为多个小型匣钵的方式，多个匣钵并列摆放，竖直方向设置为双层，在传送方向上设置2-6列。该装置能够降低材料残余的碱，并降低耗氧量，提高电池的比容量和安全性能。但是，在该方案中，采用小型坩埚的烧结方式与传统常规坩埚的烧结方式，主要的区别仅在于单位坩埚体积内物料的用量减少，实际操作中对材料性能的改善程度有限，且针对于相同处理量的物料而言，其烧结利用的效率略低。因此，本领域技术人员期待通过制备工艺的优化获得性能稳定的正极材料，进而制备应用性能更优的二次电池。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种二次电池正极材料的烧结方法，该方法通过对煅烧前物料装钵量、物料高度等条件进行优化，有助于提高材料烧结过程中的均匀性，尤其利于改善固相法合成材料容易出现元素及材料粒径分布不均匀情况；

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种二次电池正极材料的制备方法。

本发明所要解决的第三个技术问题在于提供一种应用性能稳定的多元正极材料及二次电池。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种二次电池正极材料的烧结方法，包括将选定成分和组成的正极材料物料装入煅烧匣钵中进行平整处理的步骤，以及，对所述正极材料物料进行划块处理以形成彼此间隔的多个区域块的步骤，并对所述正极材料物料进行煅烧处理。

具体的，所述划块处理步骤中，形成的所述区域块的行数K1和列数K2彼此独立的为3-8的整数；

优选的，形成的所述区域块的行数K1和列数K2相同。