一种单晶层状钠离子正极材料及正极极片制造技术

本发明专利技术涉及钠离子电池，尤其涉及一种单晶层状钠离子正极材料及正极极片。单晶层状钠离子正极材料化学通式如下：Na

【技术实现步骤摘要】
一种单晶层状钠离子正极材料及正极极片


[0001]本专利技术涉及钠离子电池，尤其涉及一种单晶层状钠离子正极材料及正极极片。

技术介绍

[0002]电化学储能需求量巨大。目前的电化学储能产品主要为锂离子电池。但是锂原料价格高，锂盐价格已开始制约着储能技术的进一步发展。钠元素因来源广泛、丰度高、提取更方便，所以价格及其低廉。重要的是，钠离子正极材料的比容量也具有可观的比容量能达到80
‑
150mAh/g。因此，面对日益飞涨的锂盐，发展钠离子电化学储能电池具有重要的战略意义，也变得刻不容缓。
[0003]但是目前钠离子电池尚存在比能量过低重大问题，严重制约了其进一步的广泛应用。钠电池体系能量密度低是多方面的，其中重要的一方面是正极材料存在比容量低、放电中压低、压实密度低等问题。这些问题限制了钠电池比能量的进一步提升。所以开发出高压实、高容量的钠电正极材料是提高钠电池比能量的必经之路，系重要的研究方向之一。层状钠正极材料Na
x
(Mn
y
Ni1‑
y
)
z
O2是一种容量较高且循环性能较好的钠电正极材料。但是因锰含量高，难以成单晶化以制备高压实的电极极片，或是成单晶化后严重损害了其容量及电化学稳定性，制约了其电池体系能量密度持续提升。因高锰系钠电正极材料因锰含量高的因素，在合成过程中锰元素迁移系数低，难以迁移，所以难以单晶化。所以高锰系层状钠电正极材料存在着较高的技术难度。
[0004]另外，传统的钠离子正极极片的存在粘结剂较多、压实也较低的问题。采用干法制备钠电正极极片能进一步提高极片活性物质的含量，进而提升电池比能量。
[0005]专利申请CN202210841494.0中声称用金属源加上氧化物如氧化钇、氧化铝，声称在高温下烧结就得到了单晶化钠电正极材料。但并没有改善极片压实等问题。
[0006]因此，亟需一种新的简单有有效的解决方案来解决钠离子正极材料单晶化的问题以及提高钠离子电池正极极片压实密度。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，或者至少提供一种商业选择。
[0008]一种单晶层状钠离子正极材料，其化学通式如下：Na
x
(Mn
y/(1
‑
z)
Ni
(1
‑
y)/(1
‑
z)
)
(1
‑
z)
M
z
O2（I）其中M选自La、Sc、Ti、Sn、Bi、W、Nb；0.7＜x≤1；0.6＜y≤1；0.01≤z≤0.3。
[0009]根据本专利技术实施例，式（I）化合物中，0.7＜x≤1；0.6＜y≤0.9；0.01≤z≤0.3。
[0010]根据本专利技术实施例，式（I）化合物选自Na
0.8
Ni
0.25
Mn
0.75
O2，Na0.9Ni
0.2
Mn
0.7
Ti
0.1
O2，Na
0.8
Ni
0.2
Mn
0.6
La
0.05
O2，Na
0.85
Ni
0.2
Mn
0.7
Sn
0.1
O2，Na
0.85
Ni
0.2
Mn
0.7
Nb
0.1
O2等。
[0011]根据本专利技术实施例，所述单晶层状钠离子正极材料的形貌为单晶或类单晶状。
[0012]根据本专利技术实施例，所述单晶层状钠离子正极材料具有高压实密的特点。
[0013]根据本专利技术实施例，所述单晶层状钠离子正极材料为颗粒状，所述颗粒在1
‑
10um，比表面积在0.4
‑
3m2/g，可选为0.8
‑
1.6 m2/g。
[0014]根据本专利技术实施例，所述单晶层状钠离子正极材料是将上式（I）化合物与非氧含硼化合物经过高温煅烧制得。
[0015]本专利技术单晶层状钠离子正极材料显著提升了循环稳定性且提高了倍率性能以及优异的界面稳定性。
[0016]本专利技术还提供上述单晶层状钠离子正极材料的制备方法，包括：提供上式（I）化合物；将上式（I）化合物与非氧含硼化合物经过高温煅烧制得。
[0017]在一些实例，上式（I）化合物可采用本领域常规方法制备，本专利技术不做特别限定。
[0018]根据本专利技术实施例，所述非氧含硼化合物选自氮化硼、碳化硼、硼化钨的一种或几种的组合。
[0019]根据本专利技术实施例，所述非氧含硼化合物的用量为上式（I）化合物的0.01wt%
‑
10wt%。
[0020]在一些较佳的实施例，所述非氧含硼化合物为氮化硼，其晶系为六方氮化硼或立方氮化硼，比表面积为300
‑
2000m2/g，粒度为50
‑
3000nm。
[0021]根据本专利技术实施例，所述高温煅烧在空气或氧气气氛下进行。
[0022]根据本专利技术实施例，所述高温煅烧的温度为850
‑
1000℃。可选地，高温煅烧的时间为3
‑
20小时。
[0023]根据本专利技术实施例，所述高温煅烧采用程序升温，升温速率1
‑
10℃/min升到850
‑
1000℃，保温3
‑
20小时。
[0024]根据本专利技术实施例，在所述高温煅烧后自然降温，粉碎，过筛，得到产品。
[0025]本专利技术还包括上述方法制备得到的单晶层状钠离子正极材料。
[0026]本专利技术还提供一种钠离子二次电池正极极片，其含有上述单晶层状钠离子正极材料。
[0027]根据本专利技术实施例，以重量份计，所述钠离子二次电池正极极片包括上述单晶层状钠离子正极材料100份，导电碳1
‑
1.5份，粘结剂0.2
‑
0.5份。可选地包括：上述单晶层状钠离子正极材料100份，导电碳1.3份，粘结剂0.3份。
[0028]根据本专利技术实施例，所述粘结剂为聚醚醚酮、聚四氟乙烯中的一种或两种。
[0029]根据本专利技术实施例，上述钠离子二次电池正极极片采用干法制备。具体方法包括：先将粘结剂以混磨方式分散在所述单晶层状钠离子正极材料中，再加入导电碳混磨均匀；接着用热滚压机制成电极膜片，最后把电极膜片通过滚压机与铝箔压合在一起，制得正极极片。
[0030]本专利技术还提供一种钠离子二次电池，包括上述钠离子二次电池正极极片，或者包括上述单晶层状钠离子正极材料。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术利用非氧含硼化合物（例如氮化硼）作为助熔剂，经过高温煅烧过程，促进了原本分散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶层状钠离子正极材料，其特征在于，化学通式如下：Na
x
(Mn
y/(1
‑
z)
Ni
(1
‑
y)/(1
‑
z)
)
(1
‑
z)
M
z
O2（I）其中，M选自La、Sc、Ti、Sn、Bi、W、Nb；0.7＜x≤1；0.6＜y≤1；0.01≤z≤0.3。2.根据权利要求1所述的单晶层状钠离子正极材料，其特征在于，式（I）化合物中，0.7＜x≤1；0.6＜y≤0.9；0.01≤z≤0.3。3.根据权利要求1所述的单晶层状钠离子正极材料，其特征在于，式（I）化合物选自Na
0.8
Ni
0.25
Mn
0.75
O2，Na0.9Ni
0.2
Mn
0.7
Ti
0.1
O2，Na
0.8
Ni
0.2
Mn
0.6
La
0.05
O2，Na
0.85
Ni
0.2
Mn
0.7
Sn
0.1
O2，Na
0.85
Ni
0.2
Mn
0.7

【专利技术属性】
技术研发人员：李国华，卓浩翔，徐冉，王泽涛，任志敏，王振尧，肖必威，黄倩，刘洋，何昊城，荣云鹏，吴艳龙，
申请(专利权)人：国联汽车动力电池研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：