[发明专利]一种钠离子电池前驱体材料、正极材料以及制备方法

说明书

本发明属于钠离子电池材料技术领域，公开了钠离子电池前驱体材料、正极材料以及制备方法。采用共沉淀法及湿法包覆工艺成功制备出铋掺杂、钴包覆的钠离子电池正极材料的前驱体材料，进一步混钠烧结，得到铋掺杂、钴包覆的钠离子电池正极材料。通过掺杂铋元素和包覆钴元素，使包含正极材料的钠离子半电池具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种钠离子电池前驱体材料、正极材料以及制备方法。

背景技术

目前对于钠离子电池来说，难以找到一个具有和锂离子电池类似物相同的工作电压和容量的钠基体材料是阻碍其发展的主要原因。究其根本，其一是，钠离子半径（0.98 Å）大于锂离子半径（0.69 Å），导致了钠离子迟缓的嵌入/脱出及在基体材料框架中缓慢的传输，这将使比容量和倍率性能大幅降低。其二是，钠离子嵌入所引起的体积膨胀也会引起基体材料的相变和晶格的变化，使其难以获得一个良好的电化学循环稳定性。

钠离子电池正极材料主要包括层状金属氧化物、普鲁士蓝类化合物和聚阴离子型化合物，每种材料都存在一定的特征缺点，因此，研究人员通过对材料进行大量改性研究，以改善材料的电化学性能，包括元素掺杂、颗粒纳米化和材料表面包覆等。

公开号为CN114229900A的专利文献公开了一种掺杂锰系钠离子电池正极材料的制备方法，其先用酸溶解需要掺杂的元素，再在碱性强氧化性的溶液中反应生成所需的前驱体，烧结出的正极材料呈柱状。该掺杂方案虽然能较好的将所需元素均匀掺杂，但是其所述的工艺较为复杂，能耗较大，在实际应用中制备成本较高，且制备出的正极材料形貌难以稳定控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的至少一种缺陷，提供一种铋掺杂、钴包覆的钠离子电池前驱体材料、正极材料以及制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下。

首先，本发明提供一种钠离子电池正极材料的前驱体材料，所述前驱体材料内部掺杂铋元素，表面包覆钴元素，化学通式可记为Mn_xNi_yBi_z(OH)₂@Co(OH)₂，其中x+y+z=1，0.5≤x0.9，0.1≤y0.5。

进一步地，上述前驱体材料为球形颗粒，粒度D₅₀在8~15μm，一次颗粒大小均匀，前驱体内部紧实，颗粒最外层为钴的氢氧化物颗粒，振实密度为1.90~2.80g/cm³。

本发明进一步提供上述钠离子电池正极材料的前驱体材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）溶液配制：配制络合剂溶液A、沉淀剂溶液B、富锰的锰、镍的混合盐溶液C、铋盐溶液D、钴盐溶液E；

（2）第一反应釜、第二反应釜底液配制：将络合剂溶液A、沉淀剂溶液B和纯水混合后分别投入两个反应釜中；通入氮气控制两个反应釜内的氧气浓度小于0.5%；

（3）共沉淀反应：将络合剂溶液A、沉淀剂溶液B、混合盐溶液C和铋盐溶液D同时通入第一反应釜底液中进行共沉淀反应，反应浆料陈化后得到浆料F；

（4）湿法包覆：浆料F经固液分离后，固相转移至第二反应釜中，通入钴盐溶液E，进行钴元素的包覆；

（5）分离提纯：包覆完成后，将步骤（4）的反应浆料进行过滤，滤饼经洗涤、烘干、过筛、除铁，得到铋掺杂、钴包覆的钠离子电池正极材料的前驱体材料。