本發明屬于鈉離子電池，具體涉及一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、隨著煤炭、石油等傳統化石燃料的日益枯竭，以及由此引發的諸多環境問題，如溫室氣體排放增加、空氣污染加劇等，人類社會面臨著巨大的能源轉型壓力。這促使人們必須加快開發新型清潔能源以及與之配套的新型儲能技術，以實現可持續發展。在眾多儲能技術中，鋰離子電池因其能量密度高、循環穩定性好、充放電效率高等顯著特點，在市場上占據了廣闊的份額，廣泛應用于消費電子、電動汽車和儲能系統等多個領域。然而，近年來，隨著全球對鋰離子電池需求的不斷增長，鋰、鈷等關鍵資源的供應問題日益突出，不僅導致原材料價格波動，還引發了對資源可持續性的擔憂，這使得人們不得不去積極開發鋰離子電池的替代品，以確保能源存儲技術的長期穩定發展。

2、在眾多鋰離子電池的替代產品中，鈉離子電池因為其鈉資源豐度高、工作機理與鋰離子電池相似等優點，具有快速商業化的前景。此外，鈉離子電池在高低溫性能以及安全性能上也要優于鋰離子電池，使得鈉離子電池在大規模儲能領域具有更為明顯的優勢，被認為是“最有希望的下一代儲能器件”。

3、然而，缺乏合適的正極材料仍然是目前制約鈉離子電池發展的一個重要因素，阻礙了其市場化進程。層狀過渡金屬氧化物作為鈉離子電池尤為重要的一類正極材料，容量還有待提升。

技術實現思路

1、為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料及其制備方法和應用，制備的鈉離子電池正極材料具有較高的容量。

2、本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

3、第一個方面，本發明首先提供了一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料，其化學式為na0.67nixcuyzn0.03mg0.05mn0.92-x-yo2，其中0.05≤x<0.15、0.05≤y≤0.1。

4、第二個方面，本發明還提供了一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料的制備方法，采用砂磨噴霧法，包括以下步驟：

5、s1、將鈉源化合物、鎳源化合物、銅源化合物、鋅源化合物、鎂源化合物和錳源化合物按照摩爾比溶解于水中得到漿料，進行砂磨，得到砂磨后的漿料；

6、s2、將砂磨后的漿料轉入噴霧干燥機中在高溫下進行噴霧干燥，蒸發速度為5l/h，得到噴霧干燥后的物料；

7、s3、將噴霧干燥后的物料裝入匣缽，在空氣氣氛下進行高溫燒結，燒結溫度為800-1000℃，時間為10-20h，自然冷卻降溫，進行氣流粉碎至粒度4-6μm，得到鈉離子電池正極材料。

8、進一步的，s1中的鈉源化合物選自碳酸鈉、氫氧化鈉、氧化鈉、醋酸鈉、硝酸鈉、草酸鈉和檸檬酸鈉中的一種或多種；鎳源化合物選自氧化鎳、醋酸鎳、硝酸鎳、草酸鎳和硫酸鎳中的一種或多種；銅源化合物選自氧化銅、醋酸銅、硝酸銅、草酸銅和硫酸銅中的一種或多種；鋅源化合物選自氧化鋅、醋酸鋅、硝酸鋅、草酸鋅和硫酸鋅中的一種或多種；鎂源化合物選自氧化鎂、醋酸鎂、硝酸鎂、草酸鎂和硫酸鎂中的一種或多種；錳源化合物選自四氧化三錳、二氧化錳、三氧化二錳、醋酸錳、硝酸錳、草酸錳和硫酸錳中的一種或多種。

9、進一步的，s1中的漿料的固含量保持在20-60％。

10、進一步的，s1中的砂磨時間為5h，磨至粒度1-3μm。

11、進一步的，s2中的噴霧干燥的出口溫度為100-200℃。

12、進一步的，s3中更優的燒結溫度為900-950℃，時間為15h。

13、第三個方面，本發明還提供了一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料在電動汽車、太陽能發電、風力發電、智能電網調峰、分布電站或通信基地等大規模能量儲能器件中的應用。

14、進一步的，應用時需要將鈉離子電池正極材料先制備成鈉離子電池正極片，再和隔膜、有機電解液和負極金屬鈉組裝成鈉離子電池。

15、進一步的，鈉離子電池正極片還包括導電添加劑、粘結劑和溶劑，導電添加劑選自super-p、炭黑和科琴黑中的一種或多種；粘結劑選自聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、羧甲基纖維素鈉和海藻酸鈉中的一種或多種；溶劑選自n-甲基吡咯烷酮或者去離子水中的一種。

16、進一步的，鈉離子電池的隔膜優選為玻璃纖維；有機電解液為碳酸酯電解液，濃度為0.5-2m，優選為1m；有機電解液中的溶劑選自碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯以及氟化碳酸乙烯酯中的至少一種，優選為碳酸丙烯酯和氟化碳酸乙烯酯的混合溶劑；有機電解液中的溶質選自高氯酸鈉、六氟磷酸鈉、雙三氟甲基磺酰亞胺鈉中的至少一種，優選為高氯酸鈉。

17、本發明的有益效果：

18、(1)本發明制備的鈉離子電池正極材料化學式為na0.67nixcuyzn0.03mg0.05mn0.92-x-yo2(0.05≤x<0.15、0.05≤y≤0.1)，豐富了鈉離子電池的材料體系。

19、(2)本發明制備的鈉離子電池正極材料na0.67nixcuyzn0.03mg0.05mn0.92-x-yo2(0.05≤x<0.15、0.05≤y≤0.1)的ni含量低，降低了成本，并且容量較高。

20、(3)本發明制備的鈉離子電池正極材料na0.67nixcuyzn0.03mg0.05mn0.92-x-yo2(0.05≤x<0.15、0.05≤y≤0.1)使用的方法為砂磨噴霧法，適用于量產。

技術特征：

1.一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料，其特征在于，化學式為na0.67nixcuyzn0.03mg0.05mn0.92-x-yo2，其中0.05≤x<0.15、0.05≤y≤0.1。

2.根據權利要求1所述的一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，采用砂磨噴霧法，包括以下步驟：

3.根據權利要求2所述的一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，s1中的鈉源化合物選自碳酸鈉、氫氧化鈉、氧化鈉、醋酸鈉、硝酸鈉、草酸鈉和檸檬酸鈉中的一種或多種；鎳源化合物選自氧化鎳、醋酸鎳、硝酸鎳、草酸鎳和硫酸鎳中的一種或多種；銅源化合物選自氧化銅、醋酸銅、硝酸銅、草酸銅和硫酸銅中的一種或多種；鋅源化合物選自氧化鋅、醋酸鋅、硝酸鋅、草酸鋅和硫酸鋅中的一種或多種；鎂源化合物選自氧化鎂、醋酸鎂、硝酸鎂、草酸鎂和硫酸鎂中的一種或多種；錳源化合物選自四氧化三錳、二氧化錳、三氧化二錳、醋酸錳、硝酸錳、草酸錳和硫酸錳中的一種或多種。

4.根據權利要求2所述的一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，s1中的漿料的固含量保持在20-60％。

5.根據權利要求2所述的一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，s1中的砂磨時間為5h，磨至粒度1-3μm。

6.根據權利要求2所述的一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，s2中的噴霧干燥的出口溫度為100-200℃。

7.根據權利要求2所述的一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，更優的，s3中的燒結溫度為900-950℃，時間為15h。

8.根據權利要求1所述的一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料的應用，其特征在于，制備成鈉離子電池應用在電動汽車、太陽能發電、風力發電、智能電網調峰、分布電站或通信基地等大規模能量儲能器件中。

9.根據權利要求8所述的一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料的應用，其特征在于，所述的鈉離子電池包括鈉離子電池正極片、導電添加劑、粘結劑和溶劑。

10.根據權利要求9所述的一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料的應用，其特征在于，所述的鈉離子電池正極片，包括權利要求1所述的低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料、導電添加劑、粘結劑和溶劑。

技術總結
本發明公開了一種低成本高容量層狀氧化物鈉離子電池正極材料及其制備方法和應用，屬于鈉離子電池技術領域。其化學式為Na<subgt;0.67</subgt;Ni<subgt;x</subgt;Cu<subgt;y</subgt;Zn<subgt;0.03</subgt;Mg<subgt;0.05</subgt;Mn<subgt;0.92?x?y</subgt;O<subgt;2</subgt;(0.05≤x<0.15、0.05≤y≤0.1)。本發明制備的Na<subgt;0.67</subgt;Ni<subgt;x</subgt;Cu<subgt;y</subgt;Zn<subgt;0.03</subgt;Mg<subgt;0.05</subgt;Mn<subgt;0.92?x?y</subgt;O<subgt;2</subgt;(0.05≤x<0.15、0.05≤y≤0.1)的Ni含量低，降低了成本，并且容量較高。本發明制備Na<subgt;0.67</subgt;Ni<subgt;x</subgt;Cu<subgt;y</subgt;Zn<subgt;0.03</subgt;Mg<subgt;0.05</subgt;Mn<subgt;0.92?x?y</subgt;O<subgt;2</subgt;(0.05≤x<0.15、0.05≤y≤0.1)使用的方法為砂磨噴霧法，適用于量產。

技術研發人員：梁沖,許益偉,汪賢磊,尤偉
受保護的技術使用者：安徽吉厚智能科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28