正极活性材料、正极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。但是，当前被广泛研究的用于钠离子电池的正极活性材料，其实际容量及循环性能较差，阻碍了钠离子电池的商业化进程。
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、正极极片及钠离子电池，旨在使正极活性材料具有较高的容量发挥及循环性能。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Na1-xCuhFekMnlMmO2-y，分子式中，M为过渡金属位掺杂元素，且M为Li、Be、B、Mg、Al、K、Ca、Ti、Co、Ni、Zn、Ga、Sr、Y、Nb、Mo、In、Sn及Ba中的一种或多种，0<x≤0.33，0<h≤0.24，0≤k≤0.32，0≤l≤0.68，0≤m<0.1，h+k+l+m＝1，0≤y<0.2；正极活性材料的水含量为6000ppm以下。本申请第二方面提供一种正极极片，正极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Na1-xCuhFekMnlMmO2-y，其具有特定的化学组成和水含量，使得正极活性材料具有较高的导离子性和导电性，还有利于减少正极活性材料界面副反应，从而能够提高正极活性材料的充放电容量发挥及循环性能。并且，由于本申请的正极活性材料具有上述特定的化学组成和水含量，有效抑制了颗粒表面发生不可逆的化学反应而形成不具备电化学活性的氢氧化钠层，减少可逆钠离子的损失，从而提高正极活性材料的容量保持率；还使得正极活性材料对空气及二氧化碳稳定，有效抑制了颗粒表面发生不可逆的化学反应而形成不具备电化学活性的碳酸钠层，进一步减少可逆钠离子的损失，从而进一步提高正极活性材料的容量保持率。由于有效抑制了正极活性材料颗粒表面形成氢氧化钠和碳酸钠层，防止了对钠离子及电子的扩散产生阻碍，并减少了正极活性材料与粘结剂和电解液之间的反应，还有效抑制了正极活性材料对正极集流体的腐蚀作用，从而提高正极较高的电化学性能及安全性能。因此，本申请的正极活性材料能够同时兼顾较高的充放电容量发挥、循环性能及安全性能。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Na1-xCuhFekMnlMmO2-y，分子式中，M为过渡金属位掺杂元素，且M为Li、Be、B、Mg、Al、K、Ca、Ti、Co、Ni、Zn、Ga、Sr、Y、Nb、Mo、In、Sn及Ba中的一种或多种，0<x≤0.33，0<h≤0.24，0≤k≤0.32，0≤l≤0.68，0≤m<0.1，h+k+l+m＝1，y＝(1-x)/2。并且，正极活性材料的水含量优选为6000ppm以下。此处ppm(partspermillion)是正极活性材料中水的质量占正极活性材料的质量的百万分比。本申请提供的正极活性材料具有上述特定的化学组成和水含量，正极活性材料内部离子及电子运动时受到的阻碍较小，保证正极活性材料具有较高的导离子性和导电性，还有利于减少正极活性材料界面副反应，从而能够提高正极活性材料的充放电容量发挥及循环性能，以及使正极活性材料具有较高的动力学性能及倍率性能。并且，由于本申请的正极活性材料具有上述特定的化学组成和水含量，有效抑制了颗粒表面发生不可逆的化学反应而形成不具备电化学活性的氢氧化钠层，减少可逆钠离子的损失，从而提高正极活性材料的容量保持率；还使得正极活性材料对空气及二氧化碳稳定，有效抑制了颗粒表面发生不可逆的化学反应而形成不具备电化学活性的碳酸钠层，进一步减少可逆钠离子的损失，从而进一步提高正极活性材料的容量保持率。由于有效抑制了颗粒表面形成氢氧化钠层，防止了碱性基团氢氧根离子与粘结剂中的C-F键、C-H键发生双分子消去反应，抑制因碳碳双键的增加导致的正极极片的脆性增加，从而大为降低正极极片发生断裂的几率，提高正极极片的机械性能，进而有利于提高电池的工作的稳定性及安全性能。并且，由于抑制了粘结剂中碳碳双键的增加，防止了因粘结剂的粘性过高而导致的浆料的粘度变大，避免浆料形成凝胶状态，提高了浆料的质量，从而提高正极极片的品质和制备工艺的一致性。由于有效抑制了颗粒表面形成氢氧化钠层，还防止了氢氧化钠与电解液中的电解质盐发生反应，减少电解液中钠离子的消耗，从而提高电池的容量保持率；并减少氟化氢气体的产生，从而能够防止氟化氢对固体电解质界面SEI膜的破坏，进一步减少电解液及钠离子的消耗，从而进一步提高电池的容量保持率，提高循环性能。由于减少了氟化氢气体的产生，还减少了酸性氟化氢对电池内部金属部件的腐蚀，提高电池的结构稳定性及安全性能。由于有效抑制了颗粒表面形成碳酸钠层，防止了电池在充电过程中导致的碳酸钠分解产生二氧化碳气体，从而有利于使电池内部保持较低的压力，防止电芯因内应力增加而变形，以及防止电池壳体产生受力变形而引发鼓胀、漏液等现象，从而使电池保持较高的电化学性能及安全性能。由于有效抑制了颗粒表面形成氢氧化钠和碳酸钠层，防止了对钠离子及电子的扩散产生阻碍，保证正极电化学性能的发挥；还防止了氢氧化钠和碳酸钠本文档来自技高网...

【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Na1-xCuhFekMnlMmO2-y，所述分子式中，M为过渡金属位掺杂元素，且M为Li、Be、B、Mg、Al、K、Ca、Ti、Co、Ni、Zn、Ga、Sr、Y、Nb、Mo、In、Sn及Ba中的一种或多种，0<x≤0.33，0<h≤0.24，0≤k≤0.32，0<l≤0.68，0≤m<0.1，h+k+l+m＝1，0≤y<0.2；
所述正极活性材料的水含量为6000ppm以下。


2.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水含量为10ppm～6000ppm，优选为50ppm～2000ppm。


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比表面积为0.01m2/g～25m2/g，优选0.5m2/g～15m2/g。


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0.5μm～30μm，优选为1μm～15μm。


5.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料具有六方层状晶体结构；
优选地，所述正极活...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘倩，林文光，梁成都，郭永胜，
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