正极活性材料及其制备方法、正极极片和钠离子电池技术

本申请涉及钠离子电池领域，公开了一种正极活性材料及其制备方法、正极极片和钠离子电池。本申请先通过铁源、锰源、镍源、钛源和氟源原料制备正极活性材料的前驱体，然后添加钠源原料进行烧结制备成钛离子与氟离子掺杂的O3型钠离子电池正极活性材料。本申请所述正极活性材料使用氟掺杂取代氧提高了材料的结晶度，稳定了电极材料和电解液的界面，提高了材料的循环性能，而用钛掺杂来提升材料的结构稳定性，进而抑制充放电过程中复杂的相变。进而抑制充放电过程中复杂的相变。进而抑制充放电过程中复杂的相变。

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料及其制备方法、正极极片和钠离子电池


[0001]本申请涉及钠离子电池领域，尤其涉及一种正极活性材料及其制备方法、正极极片和钠离子电池。

技术介绍

[0002]对比锂离子电池来说，钠离子电池的成本和倍率性能相对锂离子电池具有优势，钠与锂处周期表同族，价电子数相同，化学性质更活泼，由于钠的原子质量和半径远大于锂，故而钠离子电池的能量密度显然难以与锂离子电池媲美，但钠元素的自然界丰度是锂的一千多倍，而且钠离子的去溶剂化能远低于锂离子，且在钠离子电池中，由于钠与铝不发生合金化反应，因而正负极集流体都可使用铝箔，避免了相对昂贵的铜箔，就意味着同等钠离子电池具备天然价格优势。
[0003]目前镍铁锰三元正极材料是目前最有发展前景的三元正极材料，但是由于在充放电过程中复杂的相变和其表面容易和电解液发生复杂的副反应，从而导致含镍铁锰三元的金属层状氧化的钠离子电池正极材料随着电压的上升其结构不稳定，循环性能较差。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请的目的在于提供一种正极活性材料及其制备方法，使得所述正极活性材料能够具有较高的循环性能和克容量；
[0005]本申请的另外一个目的在于提供上述正极活性材料在制备正极极片和钠离子电池中应用；
[0006]本申请的另外一个目的在于提供基于上述负极活性材料的正极极片和钠离子电池。
[0007]为了解决上述技术问题/达到上述目的或者至少部分地解决上述技术问题/达到上述目的，作为本申请的第一个方面，提供了一种正极活性材料，化学式为Na
z
Ni
(1/3)
‑
x
Fe
1/3
Mn
1/3
Ti
x
O2‑
y
F
y
；其中，0.5≤z≤1.5，0.01≤x≤0.07，0.2≤y≤1.6。
[0008]作为本申请的第二个方面，提供了所述正极活性材料的制备方法，包括：
[0009]称取铁源、镍源、锰源、氟源及钛源原料，加水混合均匀，通过共沉淀法反应，生成前驱体Ni
(1/3)
‑
x
Fe
1/3
Mn
1/3
Ti
x
(OH)2‑
y
F
y
；
[0010]取钠源原料和所述前驱体混合后烧结，获得正极活性材料Na
z
Ni
(1/3)
‑
x
Fe
1/3
Mn
1/3
Ti
x
O2‑
y
F
y
；其中，0.5≤z≤1.5，0.01≤x≤0.07，0.2≤y≤1.6。
[0011]其中，可选地，所述铁源、镍源、锰源、钛源、氟源、钠源原料的摩尔质量比为(2.0
‑
3.3):(2.3
‑
3.3):(2.6
‑
3.4):(0.2
‑
0.7):(2
‑
16):(10
‑
25)。
[0012]可选地，所述铁源、镍源、锰源、钛源和钠源原料为各金属离子的硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐、氧化物或其水合物。
[0013]可选地，所述氟源原料为金属离子的氟化物或氟化铵；进一步可选地，所述金属离子为钠离子或钾离子。
[0014]可选地，所述烧结为以第一额定速率升至300℃
‑
600℃烧结，再以第二额定速率升温至800℃
‑
1100℃烧结；进一步可选地，所述第一额定速率和第二额定速率独立选自2
‑
5℃/min。
[0015]作为本申请的第三个方面，提供了一种正极极片，包括本申请前述任意一种方案下的正极活性材料，以及导电剂、粘结剂和集流体。
[0016]作为本申请的第四个方面，还提供了一种钠离子电池，包括前述正极极片，以及隔膜、电解液、极耳和负极极片。其中，所述负极极片可选为以硬碳为活性材料的极片。
[0017]与现有钠离子正极活性材料相比，本申请先通过铁源、锰源、镍源、钛源和氟源原料制备正极活性材料的前驱体，然后添加钠源原料进行烧结制备成钛离子与氟离子掺杂的O3型钠离子电池正极活性材料。本申请所述正极活性材料使用氟掺杂取代氧提高了材料的结晶度，稳定了电极材料和电解液的界面，提高了材料的循环性能，而用钛掺杂来提升材料的结构稳定性，进而抑制充放电过程中复杂的相变。
附图说明
[0018]图1所示为本申请所述正极材料第一实施例的XRD结果；
[0019]图2所示为本申请所述正极材料第一实施例的SEM结果。
具体实施方式
[0020]本申请公开了一种正极活性材料及其制备方法以及正极极片和钠离子电池，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本申请。本申请所述产品、工艺和应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本申请内容、精神和范围内对本文所述产品、工艺和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本申请技术。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0021]需要说明的是，在本文中，如若出现诸如“第一”和“第二”、“步骤1”和“步骤2”以及“(1)”和“(2)”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。同时，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0022]在本申请的第一方面中，提供了一种正极活性材料，化学式为Na
z
Ni
(1/3)
‑
x
Fe
1/3
Mn
1/3
Ti
x
O2‑
y
F
y
；其中，0.5≤z≤1.5，0.01≤x≤0.07，0.2≤y≤1.6。在本申请某些实施方式中，x为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06或0.07，y为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料，其特征在于，化学式为Na
z
Ni
(1/3)
‑
x
Fe
1/3
Mn
1/3
Ti
x
O2‑
y
F
y
；其中，0.5≤z≤1.5，0.01≤x≤0.07，0.2≤y≤1.6。2.权利要求1所述正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括：称取铁源、镍源、锰源、氟源及钛源原料，加水混合均匀，通过共沉淀法反应，生成前驱体Ni
(1/3)
‑
x
Fe
1/3
Mn
1/3
Ti
x
(OH)2‑
y
F
y
；取钠源原料和所述前驱体混合后烧结，获得正极活性材料Na
z
Ni
(1/3)
‑
x
Fe
1/3
Mn
1/3
Ti
x
O2‑
y
F
y
；其中，0.5≤z≤1.5，0.01≤x≤0.07，0.2≤y≤1.6。3.根据权利要求2所述制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雄波，陶芝勇，郑鹏，唐少青，章勇，刘惠君，
申请(专利权)人：深圳市拓邦锂电池有限公司，
类型：发明
国别省市：