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鈉電正極材料的常用合成方法

嘉峪檢測網(wǎng)        2025-03-31 17:36

在鈉離子電池的核心材料中,正極材料是決定電池能量密度、壽命和安全性的關(guān)鍵,正極材料的合成工藝直接影響其性能表現(xiàn)。表1總結(jié)了鈉離子電池正極材料常見的合成方法及其特點(diǎn)。

 

表1 鈉離子電池正極材料常見的合成方法及其特點(diǎn)

 

固相法

 

固相法是目前工業(yè)化生產(chǎn)中最成熟的方法(以層氧為例)。其原理是將金屬氧化物、鈉鹽等原料通過機(jī)械混合,再經(jīng)過高溫煅燒促使固相反應(yīng)生成目標(biāo)材料。

 

優(yōu)點(diǎn):工藝簡單、設(shè)備成本低、適合大規(guī)模生產(chǎn)。

 

缺點(diǎn):原料混合不均可能導(dǎo)致材料晶格缺陷,顆粒尺寸分布較寬,影響電池的一致性和快充性能。

 

優(yōu)化方向:通過多次球磨細(xì)化顆粒,或采用分段煅燒工藝改善材料結(jié)構(gòu)均勻性。

 

共沉淀法

 

將金屬鹽溶液與沉淀劑反應(yīng)生成前驅(qū)體,再與鈉源高溫合成。三元材料(如NFM)多采用此法,該方法可精確控制元素比例和顆粒形貌。

 

優(yōu)勢:成分均勻、顆粒尺寸可控,電池循環(huán)壽命更優(yōu)。

 

挑戰(zhàn):工藝流程復(fù)雜,廢水處理成本增加,整體成本比固相法高。

 

溶膠-凝膠法

 

將金屬醇鹽或無機(jī)鹽溶液制成溶膠或凝膠,再將凝膠低溫?zé)崽幚碜兂裳趸锏囊环N方法。制備過程包括溶膠的制備、溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化和凝膠干燥,其中凝膠的制備及干燥是關(guān)鍵步驟。eg.將一定化學(xué)計(jì)量比的鈉、鎳、錳、鐵的硝酸鹽添加到檸檬酸的水溶液中,隨后在70℃下攪拌一定時(shí)間形成凝膠,并在100-120℃下干燥過夜,將得到的干凝膠在450℃下預(yù)燒6h除去硝酸根和有機(jī)物,最后將前驅(qū)體研磨壓片后在900℃空氣氣氛下煅燒得到目標(biāo)產(chǎn)物。

 

在實(shí)際生產(chǎn)中,合成方法的選擇需權(quán)衡性能、成本和環(huán)保:鋰電動(dòng)力電池傾向高鎳三元+共沉淀法,儲(chǔ)能電池偏好磷酸鐵鋰+固相法,而追求快充的電池則需結(jié)合液相法與表面包覆技術(shù)。未來,隨著固態(tài)電池、鈉離子電池的發(fā)展,原子層沉積(ALD)、低溫?zé)Y(jié)等新工藝可能成為行業(yè)新寵。

 

從實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新到萬噸級產(chǎn)線,每一種工藝都是材料科學(xué)與工程智慧的融合。正如電池技術(shù)永無止境的升級,正極材料的合成工藝也將持續(xù)進(jìn)化,推動(dòng)能源存儲(chǔ)的邊界不斷拓展。

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來源:Internet

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