本發(fā)明涉及鈉離子電池，具體而言，涉及一種鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鈉離子電池因安全性能好、循環(huán)性能優(yōu)異、鈉資源分布極為廣泛等優(yōu)勢，在儲能電網(wǎng)等大規(guī)模儲能領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景；進(jìn)一步地，在鈉離子電池的正極材料中層狀過渡金屬氧化物由于具有安全、豐度高、成本低廉、過渡金屬離子選擇性多、制備方法簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為了鈉離子電池最具有應(yīng)用前景的正極材料之一。

2、層狀過渡金屬氧化物正極材料的性能關(guān)鍵在于其前驅(qū)體的制備工藝；具體而言，振實(shí)密度高的前驅(qū)體在轉(zhuǎn)化為正極材料后更加緊實(shí)，單位體積內(nèi)能存儲更多的能量，有助于提高電池的容量；高比表面積的前驅(qū)體能提供更多活性位點(diǎn)，在燒結(jié)過程中鈉鹽與前驅(qū)體充分反應(yīng)；此外，在鈉離子電池的鎳鐵錳體系中適當(dāng)引入其他金屬元素，如鋅元素可減輕循環(huán)時(shí)fe3+向na+層的不可逆遷移，減少晶格變化并提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減輕na+嵌入與脫出過程中的電壓衰減，從而提高循環(huán)穩(wěn)定性。然而，鋅的引入使得常規(guī)共沉淀方法制備鈉電前驅(qū)體時(shí)難以獲得元素分布均勻、形貌可控、高振實(shí)、高比表的前驅(qū)體，這主要是由于ni、fe、mn、zn金屬離子的沉淀平衡常數(shù)不在同一數(shù)量級，從化學(xué)反應(yīng)的角度難以達(dá)到共沉淀的要求。

3、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的第一目的在于提供一種鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體的制備方法，通過制備方法的優(yōu)化使得正極前驅(qū)體材料兼具多金屬元素分布均勻、形貌可控、高振實(shí)密度、高比表面積的優(yōu)勢。

2、本發(fā)明的第二目的在于提供一種鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體。

3、本發(fā)明的第三目的在于提供一種鈉離子電池正極。

4、本發(fā)明的第四目的在于提供一種鈉離子電池。

5、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

6、一種鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體的制備方法，包括如下步驟：

7、(1)配制包含鎳鹽、亞鐵鹽、錳鹽、鋅鹽、抗氧化劑和第一絡(luò)合劑的第一溶液；配制包含沉淀劑的第二溶液；配制包含第二絡(luò)合劑的第三溶液；其中，所述第一絡(luò)合劑用于鋅離子和亞鐵離子的絡(luò)合，所述第二絡(luò)合劑用于鎳離子和錳離子的絡(luò)合；

8、(2)配制反應(yīng)底液；在50℃～55℃、惰性氣體氛圍下向所述反應(yīng)底液中添加所述第一溶液、所述第二溶液和所述第三溶液，控制反應(yīng)體系的ph為11～13，銨根濃度為3g/l～6g/l，進(jìn)行共沉淀反應(yīng)的成核階段；

9、而后，在持續(xù)進(jìn)料狀態(tài)下控制反應(yīng)體系的ph為10.5～11，銨根濃度為2g/l～4g/l，進(jìn)行共沉淀反應(yīng)的生長階段，得到粒徑為5μm～5.5μm的前體材料；

10、(3)在持續(xù)進(jìn)料狀態(tài)下調(diào)整反應(yīng)體系的ph至9.8～10.5，進(jìn)行濃縮處理并得到粒徑為9μm～9.5μm的前體材料，而后控制惰性氣體氛圍，直至得到10±0.2μm的前體材料；而后，依次進(jìn)行洗滌、烘干和除磁，得到鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體。

11、一種鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體，采用所述的鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體的制備方法制得。

12、一種鈉離子電池正極，采用包括所述的鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體進(jìn)行制備得到。

13、一種鈉離子電池，包括所述的鈉離子電池正極。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

15、本發(fā)明提供了一種鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體的制備方法及其在鈉離子電池領(lǐng)域的擴(kuò)展性應(yīng)用，本發(fā)明所制得的前驅(qū)體具有高振實(shí)密度、高比表面積、成分均一、工藝簡單等優(yōu)勢，具體而言，其比表面積可達(dá)15～25m2/g，振實(shí)密度可達(dá)1.7～2.2g/cm3，顆粒球形度和形貌均一性表現(xiàn)良好；同時(shí)，本發(fā)明所制得的前驅(qū)體各金屬元素(zn、fe、mn、ni)分布均勻，有效解決了常規(guī)共沉淀反應(yīng)過程中元素偏析的缺陷，且制備方法簡單易行、穩(wěn)定性好，能夠避免人為因素而導(dǎo)致的批次差異，適合規(guī)?；a(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，在所述第一溶液中，所述鎳鹽、所述亞鐵鹽、所述錳鹽和所述鋅鹽的濃度之和為1.0mol/l～3.0mol/l，所述抗氧化劑的濃度為0.2g/l～1.0g/l，所述第一絡(luò)合劑的濃度為10g/l～20g/l；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，所述抗氧化劑包括維生素c，所述第一絡(luò)合劑包括葡萄糖酸鈉或edta-2na中的一種；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，在所述第二溶液中，所述沉淀劑的濃度為6mol/l～14mol/l；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)底液的ph為11～13，所述反應(yīng)底液的銨根濃度為3g/l～6g/l。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，在所述成核階段和/或所述生長階段中，所述第一溶液中鎳鹽、亞鐵鹽、錳鹽、鋅鹽的金屬離子的摩爾量之和與所述沉淀劑的摩爾量之比為1：(1.9～2.1)；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，所述第一溶液在所述成核階段的通入流量與在所述生長階段的通入流量之比為(1～2)：(3～4)；

8.一種鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體，其特征在于，采用如權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體的制備方法制得。

9.一種鈉離子電池正極，其特征在于，采用包括如權(quán)利要求8所述的鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體進(jìn)行制備得到。

10.一種鈉離子電池，其特征在于，包括如權(quán)利要求9所述的鈉離子電池正極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體及其制備方法和應(yīng)用，涉及鈉離子電池技術(shù)領(lǐng)域。具體而言，配制包含鎳鹽、亞鐵鹽、錳鹽、鋅鹽、抗氧化劑和第一絡(luò)合劑的第一溶液；配制包含沉淀劑的第二溶液；配制包含第二絡(luò)合劑的第三溶液；其中，所述第一絡(luò)合劑用于鋅離子和亞鐵離子的絡(luò)合，所述第二絡(luò)合劑用于鎳離子和錳離子的絡(luò)合；而后通過共沉淀反應(yīng)，以反應(yīng)體系的pH和銨根濃度控制前驅(qū)體材料成核和生長，而后經(jīng)后處理得到鋅摻雜型鈉離子電池正極前驅(qū)體。本發(fā)明所制得的前驅(qū)體具有高振實(shí)密度、高比表面積、成分均一等優(yōu)勢，顆粒球形度和形貌均一性表現(xiàn)良好，制備方法簡單易行、穩(wěn)定性好，具有良好的批量化前景。

技術(shù)研發(fā)人員：盧俊宏,楊慶,陳飛,黃城,瞿晨曦,李洲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東佳納能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15