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，其容量较低，倍率性能及循环性能较差，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，并兼具较高的倍率性能及循环性能。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Na2+xCuhMnkMlO7-y，分子式中，M为过渡金属位掺杂元素，且M为Li、B、Mg、Al、K、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Sr、Y、Nb、Mo、Sn、Ba及W中的一种或多种，0≤x≤0.5，0.1<h≤2，1≤k≤3，0≤l≤0.5，0≤y≤1；其中，2≤h+k+l≤3.5，0.57≤(2+x)/(h+k+l)≤0.9。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Na2+xCuhMnkMlO7-y，其具有特定的化学组成，使得正极活性材料具有较高的导离子性和导电子性，以及较高的结构稳定性，因此正极活性材料兼具较高的倍率性能及循环性能。进一步地，当正极活性材料还具有两个较高的充放电电压平台时，这两个充放电电压平台的区域较长且平坦，电压平台容量占相应循环满电容量的比率较高，提高了正极活性材料的充放电容量发挥和材料利用率。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6提供的钠离子电池首圈充放电曲线图。图2为本申请实施例11提供的钠离子电池首圈充放电曲线图。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Na2+xCuhMnkMlO7-y，分子式中，M为过渡金属位掺杂元素，且M为Li、B、Mg、Al、K、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Sr、Y、Nb、Mo、Sn、Ba及W中的一种或多种，0≤x≤0.5，0.1<h≤2，1≤k≤3，0≤l≤0.5，0≤y≤1。分子式中钠原子个数优选为2以上，有利于提高正极活性材料的首圈充放电容量；分子式中钠原子个数优选为2.5以下，有利于提高正极活性材料对空气、水及二氧化碳的稳定性，减少正极活性材料在充放电循环及存储过程中的容量损失，保证正极活性材料具有较高的容量保持率。进一步地，分子式中，0.1<h≤2，1≤k≤3，使得在充放电过程中，Cu及Mn的电子转移为钠离子的脱嵌入嵌提供了有效的电荷补偿，从而提高了正极活性材料的充放电电压平台，使得正极活性材料具有较高的比容量。进一步地，分子式中，2≤h+k+l≤3.5，且0.57≤(2+x)/(h+k+l)≤0.9。具有该种化学组成，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；改善正极活性材料的内部结构及结构稳定性；并提高正极活性材料中钠离子及电子的迁移速率，使得正极活性材料具有较高的导离子性和导电子性；因此，能够提高正极活性材料的容量发挥，减小极化现象，使得正极活性材料兼具较高的倍率性能及循环性能。在本申请的一些实施方式中，(2+x)/(h+k+l)的下限值可以任选自0.57、0.60、0.62、0.64、0.66、0.68、0.70、0.72、0.74、0.75；(2+x)/(h+k+l)的上限值可以任选自0.71、0.72、0.73、0.74、0.75、0.76、0.77、0.78、0.80、0.85、0.90。(2+x)/(h+k+l)的范围可以由下限值和上限值的任意数值组成。进一步地，分子式中，0.6≤(2+x)/(h+k+l)≤0.8。该种正极活性材料具有更好的综合电化学性能。进一步优选地，0.5≤h≤1.5，1.5≤k≤2.5。具有该种化学组成，更好地改善正极活性材料在充放电循环过程中的容量保持率。进一步优选地，0.9≤h≤1.5，1.5≤k≤2.5。如图1所示，具有该种化学组成，使得正极活性材料具有位于3.8V～4.1V的第一放电电压平台和位于3.4V～3.7V的第二放电电压平台，并使充放电电压平台的区域较宽且平坦化，提高了电压平台容量占相应循环满电容量的比率，表现出较高的充放电稳定性，使得正极活性材料具有较高的充放电容量发挥和材料利用率。进一步地，该种正极活性材料在第一放电电压平台处的放电容量Q1、在第二放电电压平台处的放电容量Q2及满放电容量为Q之间满足：30％≤(Q1+Q2)/Q×100％≤90％，优选地，50％≤(Q1+Q2)/Q×100％≤80％。进一步地，正极活性材料在第一放电电压平台处的放电容量Q1为30mAh/g～55mAh/g，在第二放电电压平台处的放电容量Q2为30mAh/g～75mAh/g，表本文档来自技高网...

【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Na2+xCuhMnkMlO7-y，所述分子式中，M为过渡金属位掺杂元素，且M为Li、B、Mg、Al、K、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Sr、Y、Nb、Mo、Sn、Ba及W中的一种或多种，0≤x≤0.5，0.1<h≤2，1≤k≤3，0≤l≤0.5，0≤y≤1；
其中，2≤h+k+l≤3.5，0.57≤(2+x)/(h+k+l)≤0.9。


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，0.6≤(2+x)/(h+k+l)≤0.8。


3.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，0.5≤h≤1.5，1.5≤k≤2.5；优选地，0.9≤h≤1.5；更优选地，0.9≤h≤1.2。


4.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，k/(h+l)≥1.4，优选为1.6≤k/(h+l)≤6。


5.根据权利要求1至4任一项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～20m2/g，优选为0.1m2/g～15m2/g；
和/或，所述正极活性材料的平均粒径Dv50为0.5μm～25μm，优选为1μm～15μm。


6.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三斜相晶体结构或六方相晶体结构；
优选地，所述正极活性材料在X射线衍射下包含在15.8°～16.0°衍射角2θ处的第一衍射峰和在32.0°～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘倩，郭永胜，梁成都，林文光，
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