一种正极材料及其制备方法和钠离子电池与流程

专利2025-11-04  46


本发明涉及钠离子电池,尤其是涉及一种正极材料及其制备方法和钠离子电池。


背景技术:

1、钠离子电池是一种二次电池,其工作原理与锂离子电池相似,主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,na离子在两个电极之间往返嵌入和脱出。

2、钠离子电池层状氧化物是一种重要的正极材料,对于钠离子电池的性能有着关键影响。钠离子电池层状氧化物正极材料的ph较高,在进行合浆过程中,高ph(>13)会导致粘结剂失效,进而浆料状态变差,粘度波动大,导致涂布工序难以进行。因此,降低钠离子电池层状氧化物正极材料ph的问题亟待解决。

3、有鉴于此,特提出此发明。


技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种正极材料,具有低ph,改善了正极材料的加工性能。

2、本发明的第二目的在于提供一种正极材料的制备方法。

3、本发明的第三目的在于提供一种钠离子电池。

4、为了实现本发明的上述目的,特采用以下技术方案:

5、本发明提供了一种正极材料,所述正极材料的化学通式为naαniafebmnccu(1-a-b-c)o2·βbo3/2·γmo3/2;式中,0<a≤0.5,0<b≤0.4,0<c≤0.4,0.8≤a+b+c<1,0.95≤α≤1.01,0.001≤β≤0.005,0.001≤γ≤0.01,m元素为al、y和sc中的至少一种。

6、进一步地,所述正极材料包括层状氧化物以及附着于所述层状氧化物表面的包覆材料;

7、所述层状氧化物包括naαniafebmnccu(1-a-b-c)o2,式中,0<a≤0.5,0<b≤0.4,0<c≤0.4,0.8≤a+b+c<1;

8、所述包覆材料包括氧化硼和含m元素的氧化物。

9、进一步地,所述正极材料满足如下关系式:cs总值=500/(α+β+γ)+1/β+1/γ+50×(12-ph);

10、式中,cs总值为800~2500ppm;ph为所述正极材料的ph的数值,ph<12.6。

11、进一步地,所述正极材料满足如下关系式:1≤c/s≤2;

12、式中,c为所述正极材料中碳元素的含量,单位为ppm;s为所述正极材料中硫元素的含量,单位为ppm。

13、本发明还提供了如上所述的正极材料的制备方法,包括如下步骤:

14、将层状氧化物、h3bo3和金属氧化物进行煅烧,得到所述正极材料;

15、其中,所述层状氧化物包括naαniafebmnccu(1-a-b-c)o2,式中,0<a≤0.5,0<b≤0.4,0<c≤0.4,0.8≤a+b+c<1,0.95≤α≤1.01;所述金属氧化物包括al2o3、y2o3和sc2o3中的至少一种。

16、进一步地,所述煅烧包括:升温至200~400℃煅烧6~18h。

17、进一步地,所述层状氧化物的制备方法,包括:

18、将铜镍铁锰四元前驱体和钠源烧结后,得到所述层状氧化物;

19、或者,

20、将镍铁锰三元前驱体、铜源和钠源烧结后,得到所述层状氧化物。

21、进一步地,所述铜镍铁锰四元前驱体和所述镍铁锰三元前驱体的平均粒径各自独立地为2.5~8.5μm,比表面积各自独立地为10~30m2/g。

22、进一步地,所述烧结包括:升温至900~1000℃烧结8~24h。

23、本发明还提供了一种钠离子电池,包括如上所述的正极材料或者如上所述的正极材料的制备方法制得的正极材料。

24、与现有技术相比,本发明的有益效果为:

25、本发明提供的正极材料,通过添加b以及al、y和sc中的至少一种,并调控na含量、ph和cs总值之间的关系,降低了正极材料的ph,使其<12.6,从而改善了正极材料的加工性能。



技术特征:

1.一种正极材料,其特征在于,所述正极材料的化学通式为naαniafebmnccu(1-a-b-c)o2·βbo3/2·γmo3/2;式中,0<a≤0.5,0<b≤0.4,0<c≤0.4,0.8≤a+b+c<1,0.95≤α≤1.01,0.001≤β≤0.005,0.001≤γ≤0.01,m元素为al、y和sc中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的正极材料,其特征在于,所述正极材料包括层状氧化物以及附着于所述层状氧化物表面的包覆材料;

3.根据权利要求1所述的正极材料,其特征在于,所述正极材料满足如下关系式:cs总值=500/(α+β+γ)+1/β+1/γ+50×(12-ph);

4.根据权利要求1所述的正极材料,其特征在于,所述正极材料满足如下关系式:1≤c/s≤2;

5.权利要求1~4任一项所述的正极材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

6.根据权利要求5所述的正极材料的制备方法,其特征在于,所述煅烧包括:升温至200~400℃煅烧6~18h。

7.根据权利要求5所述的正极材料的制备方法,其特征在于,所述层状氧化物的制备方法,包括:

8.根据权利要求7所述的正极材料的制备方法,其特征在于,所述铜镍铁锰四元前驱体和所述镍铁锰三元前驱体的平均粒径各自独立地为2.5~8.5μm,比表面积各自独立地为10~30m2/g。

9.根据权利要求7所述的正极材料的制备方法,其特征在于,所述烧结包括:升温至900~1000℃烧结8~24h。

10.一种钠离子电池,其特征在于,包括权利要求1~4任一项所述的正极材料或者权利要求5~9任一项所述的正极材料的制备方法制得的正极材料。


技术总结
本发明涉及钠离子电池技术领域,尤其是涉及一种正极材料及其制备方法和钠离子电池。本发明提供的一种正极材料,所述正极材料的化学通式为Na<subgt;α</subgt;Ni<subgt;a</subgt;Fe<subgt;b</subgt;Mn<subgt;c</subgt;Cu<subgt;(1‑a‑b‑c)</subgt;O<subgt;2</subgt;·βBO<subgt;3/2</subgt;·γMO<subgt;3/2</subgt;;式中,0<a≤0.5,0<b≤0.4,0<c≤0.4,0.8≤a+b+c<1,0.95≤α≤1.01,0.001≤β≤0.005,0.001≤γ≤0.01,M元素为Al、Y和Sc中的至少一种。本发明提供的正极材料,通过添加B以及Al、Y和Sc中的至少一种,降低了正极材料的pH,使其pH<12.6,从而改善了正极材料的加工性能。

技术研发人员:程斯琪,陈森,马腾越,任靖辉,王伟刚,戚兴国,李树军,唐堃
受保护的技术使用者:北京中科海钠科技有限责任公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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