钠离子电池用正极材料制造技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池用正极活性材料

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池用正极材料、正极片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池领域，具体涉及一种钠离子电池用正极活性材料
、
正极片及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]规模化储能技术对可再生能源高效利用提供支持，规模化储能技术需要具有高效
、
绿色
、
低成本特性
。
目前，广泛应用的规模化储能技术为磷酸铁锂电池
。
由于锂资源的问题，磷酸铁锂电池作为储能系统成本过高
。
[0003]钠离子电池由于具有资源优势，在大规模储能
中扮演一个重要角色
。
对钠离子电池来说，正极材料的成本和性能至关重要，层状氧化物正极材料是目前钠离子电池领域最成熟的正极材料之一，具有高压实
、
高容量
、
长循环等优点
。
但是，由于层状氧化物正极材料碱性过高，材料加工性能差，如何兼顾层状氧化物活性材料的性能与成本
、
提高钠离子电池的经济性就成为一个重要课题
。
因此，需要提出一种解决这一问题的新方案
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于：一种改善的含钠离子电池层状氧化物正极材料的正极级片，在保持一定电化学性能的情况下，提高正极材料的浆料性能，抑制电池在高温循环过程中的产气，提供电池的循环性能，同时降低钠离子电池中的电芯成本
。
[0005]本专利技术提供一种正极级片，所述正极级片包括集流体以及设置在集流体表面的正极材料
。
所述正极材料为具有包覆结构的层状氧化物正极材料，具体为层状氧化物活性材料表面设置包覆层材料，其中层状氧化物活性材料分子式为
O3
结构的
Na
a
Ni
x
Fe
y
Mn
z
Zr
m
Mg
n
M
l
O2，其中
0.65≤a≤1.1
，
0≤x≤5
，
0≤y≤0.5
，
0≤z≤0.5
，
0≤m≤0.2
，
0≤n≤0.2
，
0≤l≤0.2
，
M
为
Li、Zn、Co、Ti、Ca、Cu、Ba、Sr、Al、B、Cr、V、Zr、Sn、Mo、Ru、Nb、Si
及
Te
中的一种或几种
。
[0006]优选的，所述层状氧化物活性材料包括其表面设置包覆层，包覆层为贫钠结构化合物；优选的，所述包覆层为具有空气中结构稳定的钛镁钠氧化物
Na
b
Ti
e
Mg
k
N
v
O2，其中
0.65≤b≤0.8
，
0≤e≤0.9
，
0≤k≤0.5
，
0≤v≤0.2
，
N
为
Li、Zn、Co、Ca、Cu、Al、B、Sn
中的一种或几种
。
[0007]优选的，包覆层材料与层状氧化物活性材料进行预处理，所述预处理为将包覆材料与层状氧化物活性材料混合均匀后于空气气氛中
300
～
700℃
热处理2～
8h。
[0008]优选的，所述包覆层贫钠结构的钛镁钠氧化物将与层状氧化物活性材料表面的钠在热处理过程中结合，降低层状氧化物正极材料的表面碱性，有利于浆料的稳定性
。
[0009]优选的
、
所述包覆层材料与层状氧化物活性材料的质量比为
0.1
～3％
。
[0010]进一步的，所述正极材料还包括辅助活性物质材料，辅助活性物质材料为聚阴离子活性材料或表面具有碳包覆层的聚阴离子活性材料
。
[0011]优选的
、
所述聚阴离子活性材料包括磷酸铁钠
、
焦磷酸铁钠
、
磷酸焦磷酸铁钠
、
硫
酸铁钠
、
焦磷酸铁钛钠
、
磷酸焦磷酸铁钛钠中的一种或几种
。
[0012]优选的，聚阴离子材料表面碳包覆层质量为聚阴离子材料质量的1～6％
。
[0013]在本专利技术中的正极级片中，层状氧化物具有一定碱性，
pH
为
10
～
13
，层状氧化物碱性偏高在制浆过程中容易导致粘结剂
PVDF
形成凝胶，从而导致浆料失效
。
包覆层材料与层状氧化物结合可以部分降低其表面碱性，也能提高材料的倍率性能；另一方面，具有一定碱性的正极活性材料可以中和高温下电解液分解释放出来的
HF
，可以抑制电池高温下的副反应，进而提高电池的循环稳定性
、
特别是高温循环稳定性
。
[0014]在本专利技术中的正极级片中，辅助活性材料为聚阴离子化合物，原料廉价易得，成本低，可以明显降低钠离子电池电芯的成本
。
另一方面，聚阴离子化合物一般为中性，它与层状氧化物活性材料配合使用，可以明显提高浆料稳定性，降低粘结剂
PVDF
凝胶风险
。
[0015]优选的，在本专利技术的正极片中，层状氧化物活性材料的质量与辅助活性材料质量比值满足1～
10。
当正极级片中两种活性物质质量比在上述范围内时，正极浆料整体加工性能适中，浆料稳定性能满足电池制作工艺要求
。
同时，正极级片的压实和整体容量能满足钠离子电池设计需求，不会明显降低层状氧化物钠离子电池能量密度
。
此外，由于聚阴离子活性材料的加入，降低了钠离子电池的电芯成本
。
[0016]优选的，在本专利技术的正极级片中，层状氧化物活性材料为单晶
、
多晶二次球或者两者的混合物，粒径
D50
为3～
10
μ
m。
[0017]优选的，在本专利技术的正极级片中，聚阴离子活性材料为多晶二次球或者团聚体，粒径
D50
为1～5μ
m。
[0018]优选的，在本专利技术的正极片中，层状氧化物为单晶体，聚阴离子材料为多晶团聚体
。
优选的，层状氧化物粒径
D50
与聚阴离子材料粒径
D50
比值为1～
5。
合适的粒径搭配，可以将小颗粒的聚阴离子材料挤压到单晶颗粒缝隙，提高级片的压实密度，又保持级片具有一定的孔隙率，容纳电解液来保持离子传输不受影响，从而确保电池的动力学性能优良
。
[0019]优选的，在本专利技术的正极片中，级片压实密度为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钠离子电池用正极材料，所述正极材料为具有包覆结构的层状氧化物正极材料，具体为层状氧化物活性材料表面设置包覆层材料，其特征在于，所述层状氧化物活性材料为
Na
a
Ni
x
Fe
y
Mn
z
Zr
m
Mg
n
M
l
O2，其中
0.65≤a≤1.1
，
0≤x≤5
，
0≤y≤0.5
，
0≤z≤0.5
，
0≤m≤0.2
，
0≤n≤0.2
，
0≤l≤0.2
，
M
为
Li、Zn、Co、Ti、Ca、Cu、Ba、Sr、Al、B、Cr、V、Zr、Sn、Mo、Ru、Nb、Si
及
Te
中的一种或几种；所述包覆层材料为贫钠结构化合物
。2.
根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述包覆层材料为钛镁钠氧化物
Na
b
Ti
e
Mg
k
N
v
O2，其中
0.65≤b≤0.8
，
0≤e≤0.9
，
0≤k≤0.5
，
0≤v≤0.2
，
N
为
Li、Zn、Co、Ca、Cu、Al、B、Sn
中的一种或几种
。3.
根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述包覆层材料与层状氧化物活性材料的质量比为
0.1
～3％
。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料还包括辅助活性物质材料，辅助活性物质材料为聚阴离子活性材料或表面具有碳包覆层的聚阴离子活性材料
。5.
根据权利要求4所述的正极材料，其特征在于，所述层状氧化物正极材料的质量与辅助活性物质材料质量比值为1～
10。6.
根据权利要求5所述的正极材料，所述聚阴离子活性材料为磷酸铁钠

【专利技术属性】
技术研发人员：王红，李亚利，苏涛，李少刚，
申请(专利权)人：上海领钫新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：