正极活性材料、正极片及钠离子电池制造技术

本申请公开了一种正极活性材料、正极片及钠离子电池，所述正极活性材料的分子式为Na

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料、正极片及钠离子电池
本申请属于储能装置
，尤其涉及一种正极活性材料、正极片及钠离子电池。
技术介绍
目前，锂离子电池占据动力电池的核心地位，同时锂离子电池也面临着极大的挑战，如锂资源的日益紧缺、上游材料价格不断攀升、循环回收技术开发滞后、老旧电池循环回收利用率低下等问题。钠离子电池能够利用钠离子在正负极之间的脱嵌过程实现充放电，而且钠资源的储量远比锂丰富、分布更为广泛、成本远比锂低，因此钠离子电池成为很有潜能替代锂离子电池的新一代电化学体系。正极活性材料是影响钠离子电池性能的关键因素。在被广泛研究的各种正极活性材料诸如氧化物、氟化物、硫化物、磷酸盐、焦磷酸盐、金属有机框架/金属六氰化物以及有机化合物中，具有层状结构的过渡金属氧化物正极活性材料，由于具有较高的理论容量、较高的密度以及材料制备的简易性而得到广泛关注，成为一种极具潜力的钠离子电池正极活性材料。从商业化角度出发，层状结构的过渡金属氧化物优选储量丰富、价廉易得的活性过渡金属，例如锰等，但是这类低成本一元过渡金属氧化物正极活性材料的容量性能及平均电压均较低，循环寿命较短，难以满足商业化性能需求。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本申请提供一种正极活性材料、正极片及钠离子电池，旨在使正极活性材料同时兼顾较高的容量性能、平均电压及循环性能。为了达到上述目的，本申请第一方面提供一种正极活性材料，正极活性材料的分子式为Na0.67MnxAyBzO2±δ，分子式中，A为Co、Ni及Cr中的一种或多种，B为Mg、Al、Ca、Ti、Cu、Zn及Ba中的一种或多种，0.6<x<1，0<y<0.1，0.6<x+y<0.8，z>0，x+y+z＝1，0≤δ≤0.1，且本申请第二方面提供一种正极片，正极片包括正极集流体以及设置于正极集流体上的正极活性物质层，其中正极活性物质层包括根据本申请第一方面的正极活性材料。本申请第三方面提供一种钠离子电池，钠离子电池包括根据本申请第二方面的正极片。相对于现有技术，本申请至少具有以下有益效果：本申请提供的正极活性材料满足分子式Na0.67MnxAyBzO2±δ，通过掺杂具有电化学活性的过渡金属A，能够提高正极活性材料的空气稳定性，并有效降低正极活性材料在首次充电过程中的容量损失，且在充放电过程中，过渡金属A的电子转移为钠离子的脱嵌/入嵌提供了有效的电荷补偿，能够有效提高正极活性材料的平均电压及比容量；同时通过掺杂非电化学活性的金属B，能够有效提高正极活性材料在充放电循环过程中的结构稳定性及容量保持率；从而改善了正极活性材料的容量性能、平均电压及循环性能。进一步地，通过将正极活性材料中各元素的配比控制在特定范围内，使得本申请的正极活性材料同时兼顾较高的容量性能、平均电压及循环性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。图1为本申请实施例1提供的正极活性材料的扫描电子显微(SEM)图。具体实施方式为了使本申请的专利技术目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合具体实施例对本申请进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限定本申请。为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中“多种”的含义是两个以上。本申请的上述
技术实现思路
并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。正极活性材料首先说明根据本申请第一方面的正极活性材料。正极活性材料的分子式为Na0.67MnxAyBzO2±δ，分子式中，A为Co、Ni及Cr中的一种或多种，B为Mg、Al、Ca、Ti、Cu、Zn及Ba中的一种或多种，0.6<x<1，0<y<0.1，0.6<x+y<0.8，z>0，x+y+z＝1，0≤δ≤0.1，且本申请提供的正极活性材料满足分子式Na0.67MnxAyBzO2±δ，通过掺杂具有电化学活性的过渡金属A，能够提高正极活性材料的空气稳定性，并有效降低正极活性材料在首次充电过程中的容量损失，且在充放电过程中，过渡金属A的电子转移为钠离子的脱嵌/入嵌提供了有效的电荷补偿，能够有效提高正极活性材料的平均电压及比容量；同时通过掺杂非电化学活性的金属B，能够有效提高正极活性材料在充放电循环过程中的结构稳定性及容量保持率；从而改善了正极活性材料的容量性能、平均电压及循环性能。进一步地，通过将正极活性材料中各元素的配比控制在特定范围内，能够使正极活性材料具有较少的化学组成缺陷，减少材料中的杂质相，特别是能够充分发挥过渡金属A和金属B的协同作用，改善正极活性材料的结构稳定性，并有效改善正极活性材料的循环性能及容量性能。并且，由于在保证Mn的电化学活性的条件下，还能够有效抑制正极活性材料因John-Teller效应引起的晶格畸变，使正极活性材料的结构更加稳定，减少锰离子的溶出对正极和负极造成的破坏，保证钠离子电池具有较低的内阻，从而进一步提高正极活性材料的循环性能及容量性能。因此，本申请通过将正极活性材料中各元素的配比控制在特定范围内，能够更加提高正极活性材料的容量性能及循环性能。综上，本申请的正极活性材料能够同时兼顾较高的容量性能、平均电压及循环性能。进一步地，分子式中，0.6<x<1，优选地，0.65≤x≤0.9。使Mn的配比在上述范围内，有利于提高正极活性材料的容量性能、平均电压及循环性能。在本申请的一些实施方式中，x的下限可以选自0.61、0.62、0.63、0.64、0.65、0.67中的任意一个；x的上限可以选自0.70、0.72、0.73、0.75、0.78、0.80、0.83、0.85、0.88、0.90、0.92、0.94、0.96、0.98中的任意一个。进一步地，分子式中，0<y<0.1，优选地，0.03≤y≤0.07。使过渡金属A的配比在上述范围内，有利于提高正极活性材料的容量性能、平均电压及循环性能。...

【技术保护点】
1.一种正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的分子式为Na

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的分子式为Na0.67MnxAyBzO2±δ，所述分子式中，A为Co、Ni及Cr中的一种或多种，B为Mg、Al、Ca、Ti、Cu、Zn及Ba中的一种或多种，0.6<x<1，0<y<0.1，0.6<x+y<0.8，z>0，x+y+z＝1，0≤δ≤0.1，且





2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述分子式中，1≤z/y≤12，优选为3≤z/y≤9。


3.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的晶胞参数为3.8510≤c/a≤4.9000，优选为3.8602≤c/a≤3.8800。


4.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的平均粒径Dv50为3μm～20μm，优选为5μm～12μm。


5.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的比表面积为0.01m2/g～6m2/g，优选为0.5m2/g～4m2...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄丽婷，刘倩，梁成都，郭永胜，林文光，兰加佃，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35