一种正极材料及其制备方法、钠离子电池技术

本申请提供一种正极材料及其制备方法、钠离子电池，用以避免现有技术中，高容量的O3相钠离子正极材料因钠含量高，空气稳定性差导致残碱高、容量低的问题。该正极材料的分子通式为：Na1‑

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及其制备方法、钠离子电池


[0001]本专利技术涉及二次电池
，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、钠离子电池。

技术介绍

[0002]为应对锂离子电池中锂源成本持续上升的问题，钠因在地球上储量丰富、分布广泛、成本低，而使得钠离子电池成为当前新一类受关注的二次电池。
[0003]钠离子电池的钠离子正极材料中包括两种类型，一种为P2相钠离子正极材料，另一种为O3相钠离子正极材料。两种类型均为层状结构，其中O3相因钠元素的含量更高，所以具备更高的容量。
[0004]与此同时，钠含量高也使得O3相表现出极差的空气稳定性以及水稳定性，即O3相的钠离子正极材料表面更易于与空气中的水或二氧化碳生成残碱(NaOH、Na2CO3)。这不仅导致钠离子正极材料中活性钠降低，影响其在充电
‑
放电过程中的容量发挥，并且由于残碱无电化学活性，因而阻碍了充电
‑
放电过程中钠离子的传导，从而导致钠离子正极材料表现出低比容量以及低倍率性能。因此，现有技术中O3相钠离子正极材料因空气稳定性差存在表面残碱高的问题，进而导致O3相钠离子正极材料出现容量低及倍率性能差的问题。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种正极材料及其制备方法、钠离子电池，用以避免现有技术中，高容量的O3相钠离子正极材料因空气稳定性差容量低、倍率差的问题。
[0006]第一方面，本申请提供一种正极材料，所述正极材料的分子通式为：Na1‑
a
[Ni
b
Fe
p
Mn
d
A
e
]O2；0≤a≤0.20，0.15≤b≤0.60，0.10≤p≤0.40，0.30≤d≤0.70，0＜e≤0.20；A为晶格调整元素，A选自：Ti、Zn、Al、Zr、Ca、Li、W、Ce、Mg、Ta、Nb、Sr、B和Cu中的至少一种；
[0007]所述正极材料的晶体学参数包括c和c为c为为0.610
‑
0.630，d
Na
表示钠层间距，c表示c轴晶格常数。
[0008]该正极材料通过控制晶格调整元素以及晶格调整元素在钠离子正极材料的含量，实现调整钠离子正极材料晶相结构中c轴晶格常数和钠层间距的目的，有效抑制了H2O(g)以及CO2随空气进入上述正极材料层状结构中导致正极材料表面不断析出残碱的问题。即，有效提高了正极材料的空气稳定性，使前述正极材料的残碱量不超过18000ppm，甚至达到5685ppm；同时，还有效改善了O3相钠离子正极材料的容量(不低于127m Ah/g)及倍率性能(不低于81.3％)。
[0009]一种可能的实施方式，0≤a≤0.15，0.15≤b≤0.40，0.15≤p≤0.40，0.30≤d≤0.50，0＜e≤0.14，且A选自：Ti、Zn、Al、Zr、Ca、Li、Mg、B和Cu中的至少一种。
[0010]一种可能的实施方式，所述正极材料中，所述晶格调整元素的化学计量比为：0<e
Ti
≤0.15；0<e
Zn
≤0.14；0<e
Al
≤0.08；0<e
Zr
≤0.05；0<e
Ca
≤0.08；0<e
Li
≤0.15；0<e
Mg
≤0.10；0<e
B
≤0.05，0<e
Cu
≤0.20。
[0011]一种可能的实施方式，所述晶体学参数中的c为一种可能的实施方式，所述晶体学参数中的c为为0.615
‑
0.630。
[0012]一种可能的实施方式，所述晶体学参数中的c为一种可能的实施方式，所述晶体学参数中的c为为0.615
‑
0.628。
[0013]一种可能的实施方式，正极材料的中位粒径为3
‑
15μm；所述正极材料的比表面积为0.15
‑
2.00m2/g。
[0014]一种可能的实施方式，所述正极材料的松装密度不小于0.55g/cm3；所述正极材料的振实密度不小于1.3g/cm3。
[0015]一种可能的实施方式，所述正极材料在3.3T压力下的压实密度不小于2.6g/cm3。
[0016]第二方面，本申请实施例提供一种如第一方面及任一种可能的实施方式所述正极材料的制备方法，包括：
[0017]对包括钠源、镍源、锰源、铁源和晶格调整元素源的混合物在气氛湿度小于10RH％的条件下，至少进行两次烧结，得到正极材料；其中，
[0018]所述两次烧结的烧结温度依次升高，所述两次烧结的烧结参数包括650
‑
800℃条件下烧结3
‑
10h，以及850
‑
980℃条件下烧结8
‑
20h。
[0019]一种可能的实施方式，所述钠源选自氢氧化钠、碳酸钠、硝酸钠、草酸钠、氯化钠、氟化钠和醋酸钠中的至少一种。
[0020]一种可能的实施方式，所述镍源选自碳酸镍、草酸镍、硫酸镍、醋酸镍、氯化镍和硝酸镍中的至少一种。
[0021]一种可能的实施方式，所述锰源选自三氧化二锰、四氧化三锰、二氧化锰、碳酸锰、氯化锰、草酸锰和硝酸锰中的至少一种。
[0022]一种可能的实施方式，所述铁源选自三氧化二铁、草酸亚铁、硫酸铁、醋酸铁、硫酸亚铁、醋酸亚铁、硝酸亚铁和硝酸铁中的至少一种。
[0023]一种可能的实施方式，所述晶格调整元素源选自所述晶格调整元素的氧化物、碳酸盐、草酸盐和硝酸盐中的至少一种。
[0024]第三方面，本申请实施例提供一种钠离子电池，包括：
[0025]第一方面及任一种可能的实施方式所述的正极材料，或第二方面及任一种可能的实施方式所述方法制得的正极材料。
附图说明
[0026]图1为本申请实施例提供的一种正极材料的结构示意图；
[0027]图2为本申请实施例提供的实施例1的扫描电子显微镜图像；
[0028]图3为本申请实施例提供的实施例3的扫描电子显微镜图像；
[0029]图4为本申请实施例提供的对比例3的扫描电子显微镜图像；
[0030]图5为本申请实施例提供的实施例1对应钠离子电池的充电
‑
放电曲线图；
[0031]图6为本申请实施例提供的对比例1对应钠离子电池的充电
‑
放电曲线图；
[0032]图7为本申请实施例提供的实施例1中正极材料的X射线衍射图谱；
[0033]图8为本申请实施例提供的对比例6及实施例5中正极材料的X射线衍射图谱对比图。
具体实施方式
[0034]针对现有技术中O3相钠离子正极材料容易生成残碱，致其容量低、倍率性能差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料的分子通式为：Na1‑
a
[Ni
b
Fe
p
Mn
d
A
e
]O2；0≤a≤0.20，0.15≤b≤0.60，0.10≤p≤0.40，0.30≤d≤0.70，0＜e≤0.20；A为晶格调整元素，A选自：Ti、Zn、Al、Zr、Ca、Li、W、Ce、Mg、Ta、Nb、Sr、B和Cu中的至少一种；所述正极材料的晶体学参数包括c和c为c为为0.610
‑
0.630，d
Na
表示钠层间距，c表示c轴晶格常数。2.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，0≤a≤0.15，0.15≤b≤0.40，0.15≤p≤0.40，0.30≤d≤0.50，0＜e≤0.14，且A选自：Ti、Zn、Al、Zr、Ca、Li、Mg、B和Cu中的至少一种。3.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料中，所述晶格调整元素的化学计量比为：0<e
Ti
≤0.15；0<e
Zn
≤0.14；0<e
Al
≤0.08；0<e
Zr
≤0.05；0<e
Ca
≤0.08；0<e
Li
≤0.15；0<e
Mg
≤0.10；0<e
B
≤0.05，0<e
Cu
≤0.20。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的正极材料，其特征在于，所述晶体学参数中的c为3任一项所述的正极材料，其特征在于，所述晶体学参数中的c为为0.615
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕昌晓，刘瑞，王尊志，马树灯，陈明峰，袁旭婷，薛志高，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：