一种钠离子电池正极材料、制备方法、电池及用电设备技术

本申请公开了一种钠离子电池正极材料、制备方法、电池及用电设备。本申请的正极材料包括Na4Fe3‑

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池正极材料、制备方法、电池及用电设备


[0001]本申请涉及电池
，具体涉及一种钠离子电池正极材料、制备方法、电池及用电设备。

技术介绍

[0002]聚阴离子型化合物具有较高的电极电势，坚固的结构框架，良好的热稳定性以及快速的钠离子脱嵌动力学而受到广泛关注。基于Fe
2+
/Fe
3+
的氧化还原，钠铁基聚阴离子化合物在充放电过程中涉及一个以上的电子转移，使得钠铁基聚阴离子化合物通常具有较高的工作电压和放电比容量以及更高的能量密度。尤其是钠铁基焦磷酸盐材料，该材料结构中存在三维的钠离子扩散通道，具有优异的电极动力学。如层状Na3Fe2(P2O7)PO4具有二维钠离子迁移通道、理论比容量较高、氧化还原反应时的较小结构变化、较高的安全性和较高的工作电压等优势，这些优异的性能使其作为钠离子电池正极材料具有很大的发展潜力。然而，Na3Fe2(P2O7)PO4材料的电子导电率低，严重限制了其电化学性能。已有的改性报道中，碳包覆结合颗粒纳米化是提高Na3Fe2(P2O7)PO4电化学性能比较简单有效的方法，但是碳包覆Na3Fe2(P2O7)PO4用于提高材料的导电性，而材料的容量以及平均电压比较低，单纯的碳包覆并不能提高材料的容量，且不能提高材料的平均电压。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于提供一种钠离子电池正极材料、制备方法、电池及用电设备。本申请的钠离子电池正极材料通过碳包覆Na4Fe3‑
x
M
x
(PO4)2P2O7，并且优化了正极材料的粒径分布，增加了正极材料的循环性能。
[0004]本申请实施例提供一种钠离子电池正极材料，所述正极材料包括Na4Fe3‑
x
M
x
(PO4)2P2O7/C，其中，0.05≤X≤1.0；所述C在所述正极材料中的质量百分数为：1
‑
10％，M元素选自Mn、Ni、Co、Al和Ti中的一种或多种，所述正极材料的D
V50
为2～16μm。
[0005]在一些实施例中，所述M元素为梯度分布。
[0006]在一些实施例中，所述C呈梯度分布。
[0007]在一些实施例中，制备所述正极材料的前驱体为铁源/钠源/金属盐/碳源的混合物，
[0008]所述前驱体与所述正极材料之间满足：5≤(S/s+T/t)﹡W/w≤20，其中，W为所述前驱体的D
V50
，单位为μm；S为所述前驱体的比表面积，单位为m2/g；T为所述前驱体的振实密度，单位为g/cm3，w为所述正极材料的D
V50
，单位为μm；s为所述正极材料的比表面积，单位为m2/g；t为所述正极材料的振实密度，单位为g/cm3。
[0009]在一些实施例中，
[0010]3.0≤W≤20；
[0011]2≤w≤16；
[0012]5≤S≤9；
[0013]6≤s≤15；
[0014]1.4≤T≤1.8；
[0015]1.2≤t≤2.0。
[0016]本申请实施例进一步提供了所述的钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0017]配置第一溶液：所述第一溶液包括碳源；
[0018]配置第二溶液：所述第二溶液包括M元素；
[0019]配置第三溶液：所述第三溶液包括钠源和铁源；
[0020]将配置的所述第一溶液、所述第二溶液和所述第三溶液进行喷雾干燥得到前驱体，将所述前驱体进行烧结，得到所述正极材料；
[0021]所述喷雾干燥的参数满足：
[0022]2≤F﹡f﹡M/H≤10；
[0023]0.2≤(D﹡d+E﹡e)/(F﹡f)≤4；
[0024]其中，D为所述第一溶液的固含量，单位为g/L，d为所述第一溶液的进料速度，单位为mL/min，E为所述第二溶液的固含量，单位为g/L，e为所述第二溶液的进料速度，单位为mL/min，F为所述第三溶液的固含量，单位为g/L，f为所述第三溶液的进料速度，单位为mL/min，M为所述喷雾干燥的压力，单位为MPa，H为所述喷雾干燥的风机频率，单位为HZ。
[0025]在一些实施例中，5≤D≤10；1≤d≤10。
[0026]在一些实施例中，20≤E≤150；2≤e≤14。
[0027]在一些实施例中，100≤F≤600；2≤f≤50。
[0028]在一些实施例中，0.1≤M≤0.5；30≤H≤55。
[0029]在一些实施例中，所述第一溶液流入第二溶液，得到第一混合溶液；
[0030]所述第一混合溶液流入所述第三溶液，得到第二混合溶液，所述第二混合溶液进行喷雾干燥。
[0031]在一些实施例中，所述前驱体与所述正极材料之间满足：5≤(S/s+T/t)﹡W/w≤20，其中，W为所述前驱体的D
V50
，单位为μm；S为所述前驱体的比表面积，单位为m2/g；T为所述前驱体的振实密度，单位为g/cm3，w为所述正极材料的D
V50
，单位为μm；s为所述正极材料的比表面积，单位为m2/g；t为所述正极材料的振实密度，单位为g/cm3。
[0032]在一些实施例中，所述烧结包括第一次烧结以及第二次烧结；所述第一次烧结的温度为200～400℃，所述第一次烧结的时间为1～3h；所述第二次烧结的温度为500～600℃，所述第二次烧结的时间为8～15h。
[0033]相应地，本申请实施例进一步提供了一种电池，包括上述的钠离子电池正极材料或包括上述的制备方法制备的钠离子电池正极材料。
[0034]相应地，本申请实施例进一步提供了一种用电设备，包括上述的电池。本申请的有益效果在于：本申请提供了一种钠离子电池正极材料，该正极材料包括Na4Fe3‑
x
M
x
(PO4)2P2O7/C，其中，0.05≤X≤1.0；C在正极材料中的质量百分数为：1
‑
10％，M元素选自Mn、Ni、Co、Al和Ti中的一种或多种，所述正极材料的D
V50
为2～16μm。本申请通过C材料包覆Na4Fe3‑
x
M
x
(PO4)2P2O7，一方面也可以抑制掺杂元素的姜泰勒效应，且可提高正极材料的导电性能，提升正极材料的容量。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1为本申请的制备方法流程图；
[0037]图2为实施例1制备的正极材料的EDSX谱图；
[0038]图3为实施例1制备的正极材料的SEM扫描的抛面图。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述正极材料包括Na4Fe3‑
x
M
x
(PO4)2P2O7/C，其中，0.05≤X≤1.0；所述C在所述正极材料中的质量百分数为：1
‑
10％，M元素选自Mn、Ni、Co、Al和Ti中的一种或多种，所述正极材料的D
V50
为2～16μm。2.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述M元素为梯度分布；和/或，所述C呈梯度分布。3.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，制备所述正极材料的前驱体包括铁源、钠源、金属盐以及碳源；所述前驱体与所述正极材料之间满足：5≤(S/s+T/t)﹡W/w≤20，其中，W为所述前驱体的D
V50
，单位为μm；S为所述前驱体的比表面积，单位为m2/g；T为所述前驱体的振实密度，单位为g/cm3，w为所述正极材料的D
V50
，单位为μm；s为所述正极材料的比表面积，单位为m2/g；t为所述正极材料的振实密度，单位为g/cm3；和/或，3.0≤W≤20；2≤w≤16；5≤S≤9；6≤s≤15；1.4≤T≤1.8；1.2≤t≤2.0。4.一种如权利要求1所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：配置第一溶液：所述第一溶液包括碳源；配置第二溶液：所述第二溶液包括M元素；配置第三溶液：所述第三溶液包括钠源和铁源；将配置的所述第一溶液、所述第二溶液和所述第三溶液进行喷雾干燥得到前驱体，将前驱体进行烧结，得到所述正极材料。5.根据权利要求4所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述喷雾干燥的参数满足：2≤F﹡f﹡M/H≤10；0.2≤(D﹡d+E﹡e)/(F﹡f)≤4；其中，D为所述第一溶液的固含量，单位...

【专利技术属性】
技术研发人员：任海朋，江卫军，陈思贤，郑晓醒，韩佳桐，高飞，杨红新，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：