正极活性材料及制备方法、正极极片、电池以及用电设备技术

本申请提出了一种正极活性材料及制备方法、正极极片、电池以及用电设备，所述正极活性材料包括：Na

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料及制备方法、正极极片、电池以及用电设备


[0001]本申请涉及电池
，具体的，涉及正极活性材料及制备方法、正极极片、电池以及用电设备。

技术介绍

[0002]电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。
[0003]钠离子电池是电池的一种，层状过渡金属氧化物是钠离子电池常用的正极活性材料。然而，现有的含有层状过渡金属氧化物正极活性材料的循环稳定性较差。

技术实现思路

[0004]鉴于
技术介绍
中存在的技术问题，本申请提供一种正极活性材料，旨在解决含有其的电池循环稳定性较差的问题。
[0005]本申请第一方面提出了一种正极活性材料，所述正极活性材料包括：Na
x
Mn
y
L
a
M
b
N
c
O2‑
z
‑
δ
F
z
，其中，L包括Ni、Li、Zn、Cu、Mg、Fe、B、Al、La、Cr、In和Ga中的至少一种，M包括Ti、Sn、Sb、Bi和Zr中的至少一种，N包括Nb、Ta、Mo和W中的至少一种，0.5≤x≤1.2，y≥0.2，0.1≤a≤0.6，0≤b≤0.3，0<c≤0.05，y+a+b+c=1，0≤z≤0.1，
‑
0.1≤δ≤0.1，40≤a/c≤400。
[0006]本申请提出的正极活性材料中的N元素（包括Nb、Ta、Mo和W中的至少一种）与氧具有较强的相互作用，高压下可以稳定正极活性材料晶格中的氧，降低正极活性材料中氧流失的风险，降低正极活性材料结构坍塌以及金属溶出的概率，从而降低电池循环过程中正极活性材料上形成裂缝导致电池容量损失的风险，提高含有上述正极活性材料的电池的循环稳定性。除此之外，正极活性材料中同时包括可形成低价态离子的L元素，N元素在发挥其与氧的相互作用的同时，低价态的L离子可以降低因N元素的离子价态较高造成正极活性材料局部电荷过高、导致正极活性材料结构发生变形的风险，在提高正极活性材料的稳定性的同时，提高钠离子的扩散速率，提高正极活性材料的比容量。本申请中40≤a/c≤400，可以有效降低电池循环过程中正极活性材料形成裂缝的风险，同时提高正极活性材料结构的稳定性，提高含有上述正极活性材料的电池的循环稳定性。
[0007]在一些实施方式中，50≤a/c≤200。由此，可以降低因N元素的离子价态较高造成正极活性材料局部电荷过高、导致正极活性材料结构发生变形的风险，提高正极活性材料的稳定性，提高钠离子的扩散速率，提高正极活性材料的比容量，提高含有上述正极活性材料的电池的循环稳定性。
[0008]在一些实施方式中，N包括Nb和Ta中的至少一种。由此，可以降低正极活性材料中氧流失的风险，提供正极活性材料的比容量，提高含有上述正极活性材料的电池的循环稳定性。
[0009]在一些实施方式中，L包括Ni、Zn、Cu、Mg、Fe、B和Al中的至少一种。
[0010]在一些实施方式中，M包括Ti、Bi和Zr中的至少一种。
[0011]在一些实施方式中，0.7≤x≤1。
[0012]在一些实施方式中，0.3≤y≤0.5。
[0013]在一些实施方式中，0.4≤a≤0.6。
[0014]在一些实施方式中，0.01≤b≤0.1。
[0015]在一些实施方式中，0.005≤c≤0.015。
[0016]在一些实施方式中，0≤z≤0.005。
[0017]由此，可以提高正极活性材料的比容量和循环稳定性。
[0018]在一些实施方式中，3≤y/（b+c）≤40。由此，电池循环过程中可使正极活性材料中形成无序的钠空位排布，抑制不可逆相变，提高正极活性材料的比容量，提高电池循环过程中正极活性材料的稳定性。
[0019]在一些实施方式中，6≤y/（b+c）≤30。
[0020]在一些实施方式中，所述正极活性材料的相态包括O3相，O3相的所述正极活性材料的空间群包括，O3相的所述正极活性材料的层间距为0.53nm
‑
0.55nm。由此，形成的O3相的正极活性材料中Na含量较高，可以提高电池的容量。
[0021]在一些实施方式中，所述正极活性材料的相态包括P2相，P2相的所述正极活性材料的空间群包括P63/mmc，P2相的所述正极活性材料的层间距为0.54nm
‑
0.57nm。由此，形成的P2相的正极活性材料的层间距大，可以提高电池的倍率性能和循环性能。
[0022]在一些实施方式中，在25℃条件下，所述正极活性材料的浸泡液的pH值为7
‑
13。
[0023]在一些实施方式中，在25℃条件下，所述正极活性材料的浸泡液的pH值为11
‑
12.5。
[0024]在一些实施方式中，所述正极活性材料的粒径D
v
50为3μm
‑
30μm。
[0025]在一些实施方式中，所述正极活性材料的粒径D
v
50为5μm
‑
15μm。
[0026]在一些实施方式中，所述正极活性材料的比表面积为0.1m2/g
‑
5m2/g。
[0027]在一些实施方式中，所述正极活性材料的比表面积为0.3m2/g
‑
3m2/g。
[0028]在一些实施方式中，所述正极活性材料的振实密度为1g/cm3‑
3g/cm3。
[0029]在一些实施方式中，所述正极活性材料的振实密度为1.5g/cm3‑
2.5g/cm3。
[0030]在一些实施方式中，所述正极活性材料在300MPa压力下的压实密度为3.0g/cm3‑
4.0g/cm3。
[0031]由此，当正极活性材料的D
v
50、比表面积、振实密度和300MPa压力下的压实密度中的至少之一在上述范围时，正极活性材料内Na离子的传导距离小、表面副反应少，促进了正极活性材料发挥其克容量，提升了含有其的电池的容量保持率。
[0032]本申请第二方面提出了一种制备正极活性材料的方法，包括：将Na源、Mn源、L源、M源和N源混合得到前驱体，所述Na源中Na的摩尔含量为x，所述Mn源中Mn的摩尔含量为y，所述L源中L的摩尔含量为a，所述M源中M的摩尔含量为b，所述N源中N的摩尔含量为c，其中，L包括Ni、Li、Zn、Cu、Mg、Fe、B、Al、La、Cr、In和Ga中的至少一种，M包括Ti、Sn、Sb、Bi和Zr中的至少一种，N包括Nb、Ta、Mo和W中的至少一种，0.5≤x≤1.2，y≥0.2，0.1≤a≤0.6，0≤b≤0.3，0<c≤0.05，y+a+b+c=1，40≤a/c≤400；将所述前驱体本文档来自技高网...

【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，包括Na
x
Mn
y
L
a
M
b
N
c
O2‑
z
‑
δ
F
z
，其中，L包括Ni、Li、Zn、Cu、Mg、Fe、B、Al、La、Cr、In和Ga中的至少一种，M包括Ti、Sn、Sb、Bi和Zr中的至少一种，N包括Nb、Ta、Mo和W中的至少一种，0.5≤x≤1.2，y≥0.2，0.1≤a≤0.6，0≤b≤0.3，0<c≤0.05，y+a+b+c=1，0≤z≤0.1，
‑
0.1≤δ≤0.1，40≤a/c≤400。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，50≤a/c≤200。3.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，N包括Nb和Ta中的至少一种。4.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，L包括Ni、Zn、Cu、Mg、Fe、B和Al中的至少一种。5.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，M包括Ti、Bi和Zr中的至少一种。6.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，满足以下条件的至少之一：（1）0.7≤x≤1；（2）0.3≤y≤0.5；（3）0.4≤a≤0.6；（4）0.01≤b≤0.1；（5）0.005≤c≤0.015；（6）0≤z≤0.005。7.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，3≤y/（b+c）≤40。8.根据权利要求7所述的正极活性材料，其特征在于，6≤y/（b+c）≤30。9.根据权利要求1
‑
8中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相态包括O3相，O3相的所述正极活性材料的空间群包括，O3相的所述正极活性材料的层间距为0.53nm
‑
0.55nm。10.根据权利要求9所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的相态包括P2相，P2相的所述正极活性材料的空间群包括P63/mmc，P2相的所述正极活性材料的层间距为0.54nm
‑
0.57nm。11.根据权利要求10所述的正极活性材料，其特征在于，在25℃条件下，所述正极活性材料的浸泡液的pH值为7
‑
13。12.根据权利要求11所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的浸泡液的pH值为11
‑
12.5。13.根据权利要求11所述的正极活性材料，其特征在于，满足以下条件的至少之一：（1）所述正极活性材料的粒径D
v
50为3μm
‑
30μm；（2）所述正极活性材料的比表面积为0.1m2/g
‑
5m2/g；（3）所述正极活性材料的振实密度为1g/cm3‑
3g/cm3；（4）所述正极活性材料在300MPa压力下的压实密度为3.0g/cm3‑
4.0g/cm3。14.根据权利要求13...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，梁子彬，王宇豪，林文光，李强，张欣欣，
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：