【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池正极材料领域，尤其涉及一种正极活性材料及其制备方法、正极极片、储能装置。
技术介绍
1、聚阴离子化合物是由聚阴离子多面体和过渡金属多面体通过强共价键连接而成，且具有坚固三维网络结构的物质，因为其较高的结构稳定性、高安全性以及合适的工作电压被认为是很有发展前景的正极材料。
2、其中硫酸盐类聚阴离子化合物的硫酸根四面体结构由很强的共价键连接起来，将聚阴离子基团和过渡金属的价电子隔离开来，这种孤立电子的结构使得其具有较高的工作电位，但同时也导致了该材料的电子电导率较低，造成钠离子的嵌入和脱出受到的阻碍较大，钠离子的迁移动力学较差，从而限制了钠离子电池的电化学性能。
技术实现思路
1、本专利技术实施例公开了一种棒状结构的硫酸盐类聚阴离子化合物，该硫酸盐类聚阴离子化合物解决了钠离子的嵌入和脱出受到的阻碍较大，钠离子的迁移动力学较差的问题。
2、第一个方面，本申请实施例公开了一种正极活性材料，所述正极活性材料的形貌为棒状结构，所述棒状结构的长度与直径的比为15:1～50:1，所述棒状结构的直径为20nm～200nm，所述正极活性材料包括硫酸盐类聚阴离子化合物。
3、进一步地，所述正极活性材料为所述硫酸盐类聚阴离子化合物，所述正极活性材料的粉末电阻率为20000ω·cm～2000000ω·cm；或者，
4、所述正极活性材料包括碳材料和所述硫酸盐类聚阴离子化合物，所述碳材料负载在所述硫酸盐类聚阴离子化合物的表面，所述正极活性材料的粉
5、进一步地，所述正极活性材料包括所述碳材料和所述硫酸盐类聚阴离子化合物，所述碳材料在所述正极活性材料的质量百分含量为1％～5％。
6、进一步地，所述硫酸盐类聚阴离子化合物为硫酸亚铁钠。
7、第二个方面，本申请实施例公开了一种第一个方面所述的正极活性材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
8、溶解：先将抗氧化剂溶解于水，然后向其中加入制备所述硫酸盐类聚阴离子化合物的原料、丙三醇，溶解得到混合溶液，其中，所述丙三醇与所述水的质量比为50:1～2:1；
9、共沉淀：将所述混合溶液加入到沉淀剂中搅拌共沉淀、干燥、烧结制得所述正极活性材料，其中，所述原料不溶于所述沉淀剂，烧结的温度为200℃～400℃。
10、进一步地，所述溶解的步骤为：将所述抗氧化剂溶解于所述水，向其中先加入所述丙三醇混合后，再加入所述原料混合溶解，得到所述混合溶液。
11、进一步地，所述丙三醇与所述水的质量比25:1～10:1。
12、进一步地，在所述烧结的步骤中，烧结的温度为330℃～380℃。
13、进一步地，所述硫酸盐类聚阴离子化合物为硫酸亚铁钠，所述原料包括硫酸钠类原料与硫酸亚铁类原料，所述硫酸钠类原料与硫酸亚铁类原料的摩尔比为1:1～2:1。
14、进一步地，所述硫酸亚铁类原料与所述抗氧化剂的质量比为80:1～5:1。
15、进一步地，所述硫酸亚铁类原料与所述抗氧化剂的质量比为30:1～20:1。
16、进一步地，所述抗氧化剂包括抗坏血酸、异抗坏血酸、谷胱甘肽、硫辛酸、尿酸中的至少一种。
17、进一步地，所述溶解的步骤中，在25℃～100℃温度下搅拌使所述丙三醇、所述原料溶解于含有所述抗氧化剂的水溶液中，加热的方式为水浴加热或油浴加热。
18、进一步地，所述溶解的步骤中，在50℃～70℃温度下搅拌使所述丙三醇、所述原料溶解于含有所述抗氧化剂的水溶液中。
19、进一步地，所述沉淀剂包括无水乙醇或异丙醇。
20、进一步地，所述溶解步骤之后，所述共沉淀的步骤之前，所述正极活性材料的制备方法还包括：将碳源分散于所述沉淀剂中，所述碳源包括碳黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的至少一种。
21、进一步地，在所述将所述混合溶液加入到沉淀剂中搅拌共沉淀的步骤中，搅拌共沉淀的时间为10min～120min。
22、进一步地，在所述干燥的步骤中，采用真空冷冻干燥的工艺手段进行干燥，冷冻干燥的温度为-50℃～-20℃，时间为2h～48h；
23、或者采用真空烘箱干燥的工艺手段进行干燥，干燥的温度为40℃～100℃、时间为2h～48h。
24、进一步地，在所述烧结的步骤中，在惰性气氛中烧结，烧结的时间为2h～48h，升温速率为1℃/min～50℃/min，气氛为氮气、氩气、氦气、氖气中至少一种。
25、进一步地，在所述烧结的步骤中，还包括在烧结后进行冷却，冷却的工艺包括自然冷却或以恒定降温速率冷却，所述恒定降温速率为1℃/min～10℃/min。
26、第三个方面，本申请实施例公开了一种正极极片，所述正极极片包括集流体以及设于所述集流体至少一侧表面上的活性物质层，所述活性物质层包括第一个方面所述正极活性材料或者第二个方面所述的正极活性材料的制备方法制得的所述正极活性材料。
27、第四个方面，本申请实施例公开一种储能装置，所述储能装置包含第三个方面所述的正极极片。
28、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
29、本申请实施例公开了一种正极活性材料及其制备方法、正极极片、储能装置，该正极活性材料有利于钠离子的嵌入、脱出，改善了钠离子电池的离子迁移动力学，从而提高电池的电化学性能。
30、本申请实施例公开了一种正极活性材料，该正极活性材料包括硫酸盐类聚阴离子化合物，该硫酸盐类聚阴离子化合物的形貌为棒状结构，该棒状结构的长度与直径的比为15:1～50:1，直径为20nm～200nm。由于棒状结构的直径为20nm～200nm，且大多数的钠离子是沿着棒状结构的直径方向进行迁移，故有利于减小钠离子的迁移距离，提高其迁移效率；而该棒状结构的长度与直径的比为15:1～50:1，说明其长度远高于直径，颗粒之间的接触区域减小，降低正极活性材料的团聚，从而有利于提供一个比较好的离子、电子的迁移网络，改善电池的动力学传输效果。即本申请制备的硫酸盐类聚阴离子化合物的直径方向更有利于缩短离子的迁移路径，提高迁移的效率；长度方向更有利于为提供有效的迁移网络，降低迁移的阻碍，从而有利于改善电池的动力学性能，提高电池的比容量和倍率性能。
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1.一种正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的形貌为棒状结构，所述棒状结构的长度与直径的比为15:1～50:1，所述棒状结构的直径为20nm～200nm，所述正极活性材料包括硫酸盐类聚阴离子化合物。
2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料为所述硫酸盐类聚阴离子化合物，所述正极活性材料的粉末电阻率为20000Ω·cm～2000000Ω·cm；或者，
3.根据权利要求2所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料包括所述碳材料和所述硫酸盐类聚阴离子化合物，所述碳材料在所述正极活性材料的质量百分含量为1％～5％。
4.根据权利要求1至3任一项所述的正极活性材料，其特征在于，所述硫酸盐类聚阴离子化合物为硫酸亚铁钠。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述溶解的步骤为：将所述抗氧化剂溶解于所述水，向其中先加入所述丙三醇混合后，再加入所述原料混合溶解，得到所述混合溶液。
8.根据权利要求7所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述硫酸亚铁类原料与所述抗氧化剂的质量比为80:1～5:1。
9.根据权利要求5所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述抗氧化剂包括抗坏血酸、异抗坏血酸、谷胱甘肽、硫辛酸、尿酸中的至少一种。
10.根据权利要求5所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述溶解的步骤中，在25℃～100℃温度下搅拌使所述丙三醇、所述原料溶解于含有所述抗氧化剂的水溶液中，加热的方式为水浴加热或油浴加热。
11.根据权利要求5所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂包括无水乙醇或异丙醇。
12.根据权利要求5所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述溶解步骤之后，所述共沉淀的步骤之前，所述正极活性材料的制备方法还包括：将碳源分散于所述沉淀剂中，所述碳源包括碳黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的至少一种。
13.根据权利要求5所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，在所述将所述混合溶液加入到沉淀剂中搅拌共沉淀的步骤中，搅拌共沉淀的时间为10min～120min。
14.根据权利要求5所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，在所述干燥的步骤中，采用真空冷冻干燥的工艺手段进行干燥，冷冻干燥的温度为-50℃～-20℃，时间为2h～48h；
15.根据权利要求5所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，在所述烧结的步骤中，在惰性气氛中烧结，烧结的时间为2h～48h，升温速率为1℃/min～50℃/min，气氛为氮气、氩气、氦气、氖气中至少一种。
16.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括集流体以及设于所述集流体至少一侧表面上的活性物质层，所述活性物质层包括如权利要求1至4任一项所述正极活性材料或者如权利要求5至15任一项所述的正极活性材料的制备方法制得的所述正极活性材料。
17.一种储能装置，其特征在于，所述储能装置包含权利要求16所述的正极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的形貌为棒状结构，所述棒状结构的长度与直径的比为15:1～50:1，所述棒状结构的直径为20nm～200nm，所述正极活性材料包括硫酸盐类聚阴离子化合物。
2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料为所述硫酸盐类聚阴离子化合物，所述正极活性材料的粉末电阻率为20000ω·cm～2000000ω·cm；或者，
3.根据权利要求2所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料包括所述碳材料和所述硫酸盐类聚阴离子化合物，所述碳材料在所述正极活性材料的质量百分含量为1％～5％。
4.根据权利要求1至3任一项所述的正极活性材料，其特征在于，所述硫酸盐类聚阴离子化合物为硫酸亚铁钠。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述溶解的步骤为：将所述抗氧化剂溶解于所述水，向其中先加入所述丙三醇混合后，再加入所述原料混合溶解，得到所述混合溶液。
7.根据权利要求5所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述硫酸盐类聚阴离子化合物为硫酸亚铁钠，所述原料包括硫酸钠类原料与硫酸亚铁类原料，所述硫酸钠类原料与硫酸亚铁类原料的摩尔比为1:1～2:1。
8.根据权利要求7所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述硫酸亚铁类原料与所述抗氧化剂的质量比为80:1～5:1。
9.根据权利要求5所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述抗氧化剂包括抗坏血酸、异抗坏血酸、谷胱甘肽、硫辛酸、尿酸中的至少一种。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：吴函，
申请(专利权)人：厦门海辰储能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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