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  36


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、储能电池是指通过化学能转换为电能的电池,具有储能功能的电池。其原理是通过化学反应将电能储存起来,然后在需要时通过反向化学反应释放电能。这种原理使得储能电池成为了电力系统中非常重要的设备。

2、储能电池在充放电过程中会面临热失控风险。比如,在超过设计限制时有可能产生过多的热量导致电池体系无法有效散热而发生热失控。热失控可能导致电池内部化学反应的失控,进一步引发电池过热、内部压力升高等严重情况,甚至发生爆炸或火灾。

3、钠电池是一种重要的储能电池,其中,正极材料占整个电芯活性组分的1/3以上,因此,开发高安全钠电层状氧化物正极材料至关重要。

4、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,具有高安全性,能够有效抑制热失控的发生。

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naniafebmnccu(1-a-b-c)o2·xm(oh)α·ybo3/2;式中,0<a≤0.5,0<b≤0.4,0<c≤0.4,0.8≤a+b+c<1,0.005≤x≤0.05,0.0001≤y≤0.005,m元素包括mg和/或al,α为m元素的化合价数值。

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

7、所述层状氧化物包括naniafebmnccu(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、所述包覆层包括氧化硼和金属氢氧化物,所述金属氢氧化物包括al(oh)3和/或mg(oh)2。

9、进一步地,所述正极材料满足如下关系式:

10、

11、式中,j为所述正极材料中残碱含量的理论计算值,所述残碱为氢氧化钠和碳酸钠;z为所述金属氢氧化物与所述层状氧化物的摩尔比;为所述金属氢氧化物中金属元素的占比。

12、进一步地,所述正极材料中,氢氧化钠的含量为0.001wt%~0.1wt%,碳酸钠的含量为0.1wt%~2.5wt%。

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和金属氢氧化物进行煅烧,得到所述正极材料;

15、其中,所述层状氧化物包括naniafebmnccu(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;所述金属氢氧化物包括al(oh)3和/或mg(oh)2。

16、进一步地,所述煅烧包括:升温至100~350℃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、本发明的正极材料,通过氢氧化镁和/或氢氧化铝等阻燃剂并结合少量氧化硼,控制表面残碱含量,利用阻燃剂的阻燃机理结合氧化硼的高导热性和高温高粘特性,实现在热失控发生时降低热扩散温度和有效导热,形成致密保护层隔绝空气,达到自阻燃效果,抑制热失控发生。



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naniafebmnccu(1-a-b-c)o2·xm(oh)α·ybo3/2;式中,0<a≤0.5,0<b≤0.4,0<c≤0.4,0.8≤a+b+c<1,0.005≤x≤0.05,0.0001≤y≤0.005,m元素包括mg和/或al,α为m元素的化合价数值。

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包覆于所述层状氧化物表面的包覆层;

3.根据权利要求2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:

4.根据权利要求1所述的正极材料,其特征在于,所述正极材料中,氢氧化钠的含量为0.001wt%~0.1wt%,碳酸钠的含量为0.1wt%~2.5wt%。

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100~350℃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NaNi<subgt;a</subgt;Fe<subgt;b</subgt;Mn<subgt;c</subgt;Cu<subgt;(1‑a‑b‑c)</subgt;O<subgt;2</subgt;·xM(OH)<subgt;α</subgt;·yBO<subgt;3/2</subgt;;式中,0<a≤0.5,0<b≤0.4,0<c≤0.4,0.8≤a+b+c<1,0.005≤x≤0.05,0.0001≤y≤0.005,M元素包括Mg和/或Al,α为M的化合价数值。本发明的正极材料,通过氢氧化镁和/或氢氧化铝等阻燃剂并结合少量氧化硼,控制表面残碱含量,实现在热失控发生时降低热扩散温度和有效导热,形成致密保护层隔绝空气,达到自阻燃效果,抑制热失控发生。

技术研发人员:程斯琪,马腾越,陈森,任靖辉,王伟刚,戚兴国,李树军,唐堃
受保护的技术使用者:溧阳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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