钠离子层状氧化物正极材料制造技术

本申请属于电池技术领域，尤其涉及钠离子层状氧化物正极材料

【技术实现步骤摘要】
钠离子层状氧化物正极材料、正极极片、电池、用电装置


[0001]本申请属于电池
，尤其涉及钠离子层状氧化物正极材料
、
正极极片
、
电池
、
用电装置
。

技术介绍

[0002]钠离子电池由于原材料在自然界蕴藏丰富，分布广泛，使得钠离子电池受到广泛关注和研究
。
[0003]正极材料是实现钠离子电池高容量
、
高电压
、
长循环寿命等性能的关键因素
。
目前研究较多的钠离子电池征集材料包括层状氧化物
、
聚阴离子类
、
普鲁士蓝类似物等
。
其中，层状氧化物正极材料中的镍铁锰基层状氧化物由于表现出较其他正极材料更高的比容量
、
性能优异
、
合成简单而成为研究热点之一
。
然而，该层状氧化物存在水稳定性差的问题，影响了钠离子电池的发展
。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本申请提供一种钠离子层状氧化物正极材料
、
正极极片
、
电池
、
用电装置，能够改善镍铁锰基层状氧化物水稳定性差的问题
。
[0005]第一方面，本申请提供一种钠离子层状氧化物正极材料，包括
Na
x
Ni
a
Fe
b
Mn
c
M
1d
Mr/>2e
O2‑
p
A
p
，其中
0.6<x<1.2
，
0≤a
，
0≤b
，
0≤c
，
0≤d
，
0<e≤0.15
，
a+b+c+d+e=1
，
0<
（
a+b
）
/(c+d+e)≤19
，
0≤p≤0.1
；所述
M1包括
IA~VA
族
、IB~VIIB
族中的一种或多种元素，所述
M2包括
Ga、Ta
中的一种或多种元素，所述
A
包括
VIA
族
、VIIA
族中的一种或多种非金属元素
。
[0006]本申请通过在含
Ni、Fe
的钠离子层状氧化物正极材料中掺杂
Ga、Ta
中的一种或多种元素（
M2），部分
M2元素占据了
Ni、Fe
在钠离子层状氧化物正极材料的表面位置，使得了
Ni、Fe
在钠离子层状氧化物正极材料表面的数量减少，而这些
M2元素自身具有高稳定性，不容易与水所含氧进行配位，因此，
M2元素的掺杂可以减少钠离子层状氧化物正极材料中能够与水所含氧配位的元素种类，从而改善材料的水稳定性
。
[0007]同时，配合
Mn、M1，并调节各元素比例关系，钠离子层状氧化物正极材料与水反应的热力学能增高，即钠离子层状氧化物正极材料与水反应的难度加大，从而增强了钠离子层状氧化物正极材料的结构稳定性，进一步改善其水稳定性
。
[0008]在一些实施例中，所述
M1包括
Cu、Li、Ti、K、Nb、Mg、Ca、Mo、Zn、Cr、W、Bi、Sn、Ge、Al、Si、P、B
中的一种或多种
。
这些金属元素或者非金属元素
、
半金属元素与
M2、Mn
共掺杂下，使得含
Ni、Fe
的钠离子层状氧化物正极材料与水反应的热力学能增高，有利于抑制钠离子层状氧化物正极材料与水发生反应，增强钠离子层状氧化物正极材料的水稳定性
。
[0009]在一些实施例中，所述
A
包括
F、Cl、S
中的一种或多种
。
利用
A
元素对钠离子层状氧化物正极材料的氧位进行掺杂，有利于减少晶格中的氧缺陷，提高钠离子层状氧化物正极材料的结构稳定性
。
[0010]在一些实施例中，
0.01≤e≤0.15
，可选地，
0.1≤e≤0.15。e
表示
Ga、Ta
掺杂元素在钠离子层状氧化物正极材料中的原子占比，也反映其掺杂量
。
在合适的
Ga、Ta
掺杂量下，能够有效改善钠离子层状氧化物正极材料的水稳定性，同时对钠离子层状氧化物正极材料的容量产生的副作用较小
。
[0011]在一些实施例中，
0<
（
a+b
）
/(c+d+e)≤1.8
，可选地，
0<
（
a+b
）
/(c+d+e)≤1。
（
a+b
）
/(c+d+e)
能够反映钠离子层状氧化物正极材料中
Ni、Fe
二者与
Mn、M1、M2三者之间的比例，在这些比例下，
Mn、M1、M2能够很好地抑制
Ni、Fe
与水发生反应，增强钠离子层状氧化物正极材料的水稳定性
。
[0012]在一些实施例中，
0≤a≤0.45
，可选地，
0≤a≤0.4。a
反映
Ni
在钠离子层状氧化物正极材料中的原子占比
。
在一定
Ni
含量下，有助于提高钠离子层状氧化物正极材料的比容量，尤其是提高钠离子层状氧化物正极材料在高电压下的比容量
。
同时，在本申请实施例的钠离子层状氧化物正极材料中，由于
Ga、Ta
中的一种或多种元素与
Mn、M1共同作用，可以抑制
Ni
与水发生反应生成镍氧化物，以及在电化学过程中与电解液发生副反应生成镍氧化物，具有很好的水稳定性
。
[0013]在一些实施例中，
0≤b≤0.5
，可选地，
0.19≤b≤0.39。b
反映
Fe
在钠离子层状氧化物正极材料中的原子占比
。
在一定
Fe
含量下，有助于提高钠离子层状氧化物正极材料的比容量，尤其是提高钠离子层状氧化物正极材料在高电压下的比容量
。
同时，在本申请实施例的钠离子层状氧化物正极材料中，
Ga、Ta
中的一种或多种元素与
Mn、M1共同作用，可以抑制
Fe
与水发生反应生成铁氧化物，以及在电化学过程中与电解液发生副反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，包括
Na
x
Ni
a
Fe
b
Mn
c
M
1d
M
2e
O2‑
p
A
p
，其中
0.6<x<1.2
，
0≤a
，
0≤b
，
0≤c
，
0≤d
，
0<e≤0.15
，
a+b+c+d+e=1
，
0<
（
a+b
）
/(c+d+e)≤19
，
0≤p≤0.1
；所述
M1包括
IA~VA
族
、IB~VIIB
族中的一种或多种元素，所述
M2包括
Ga、Ta
中的一种或多种元素，所述
A
包括
VIA
族
、VIIA
族中的一种或多种非金属元素
。2.
根据权利要求1所述的钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，所述
M1包括
Cu、Li、Ti、K、Nb、Mg、Ca、Mo、Zn、Cr、W、Bi、Sn、Ge、Al、Si、P、B
中的一种或多种
。3.
根据权利要求1所述的钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，所述
A
包括
F、Cl、S
中的一种或多种
。4.
根据权利要求1至3中任一项所述的钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，
0.01≤e≤0.15。5.
根据权利要求4所述的钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，
0.1≤e≤0.15。6.
根据权利要求1至3中任一项所述的钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，
0<
（
a+b
）
/(c+d+e)≤1.8。7.
根据权利要求6所述的钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，
0<
（
a+b
）
/(c+d+e)≤1。8.
根据权利要求1至3中任一项所述的钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，
0≤a≤0.45。9.
根据权利要求8所述的钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，
0≤a≤0.4。10.
根据权利要求1至3中任一项所述的钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，
0≤b≤0.5。11.
根据权利要求
10
所述的钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，
0.19≤b≤0.39。12.
根据权利要求1至3中任一项所述的钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，
0≤c≤0.5。13.
根据权利要求1至3中任一项所述的钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，
0≤d≤0.2。14.
根据权利要求
13
所述的钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，
0≤d≤0.1。15.
根据权利要求1至3中任一项所述的钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，所述
M2为
Ga
，所述钠离子层状氧化物正极材料中各元素的比例如下：
0.7≤x≤1
，
0≤a≤0.39
，
0<b
，
0<c
，
0≤d
，
0<e≤0.15
，
a+b+c+d+e=1
；
0<
（
a+b
）
/(c+d+e)≤1.8
；或者，所述
M2为
Ta
，所述钠离子层状氧化物正极材料中各元素的比例如下：
0.6<x<1.2
，
0≤a
，
0≤b
，
0≤c≤0.5
，
0≤d
，
0<e≤0.15
，
a+b+c+d+e=1
；
0<
（
a+b
）
/(c+d+e)≤19。16.
根据权利要求1至3中任一项所述的钠离子层状氧化物正极材料，其特征在于，所述钠离子层状氧化物正极材料包括
NaNi
0.2
Fe
0.29
Mn
0.4
Cu
0.1
Ga
0.01
O2、NaNi
0.2
Fe
0.2
Mn
0.4
Cu
0.05
Ga
0.15
O2、NaNi
0.2
Fe
0.3
Mn
0.4
Cu
0.09
Ga
...

【专利技术属性】
技术研发人员：林敏，栾柯，徐波，欧阳楚英，
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：