一種正極材料及制備方法、鈉離子電池與流程

本申請(qǐng)屬于電池材料，具體涉及一種正極材料及制備方法、鈉離子電池。

背景技術(shù)：

1、由于鈉的天然豐度和低成本，鈉離子電池(sib)已經(jīng)引起世界范圍的關(guān)注。借助鋰離子電池的豐富經(jīng)驗(yàn)，鈉離子電池得以快速發(fā)展。其中鈉離子電池正極材料主要有層狀和隧道型過渡金屬氧化物、聚陰離子化合物、普魯士藍(lán)類似物和有機(jī)材料等。其中層狀結(jié)構(gòu)氧化物具有周期性層狀結(jié)構(gòu)、制備方法簡(jiǎn)單、比容量和電壓較高，是鈉離子電池的主要正極材料。

2、層狀氧化物材料作為鈉離子電池正極材料，具有高容量，高倍率的優(yōu)點(diǎn)。但是在充放電過程中材料有較復(fù)雜的相變，會(huì)導(dǎo)致低充電率(soc)下的鈉離子遷移通道變窄，離子遷移速率明顯下降，使低soc下的離子遷移阻抗增加，電池倍率性能及放電功率均有所下降，限制了材料在動(dòng)力電池中的應(yīng)用。

3、因此，如何提高鈉離子正極材料的倍率性能，是目前需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N正極材料及制備方法、鈉離子電池，旨在提高現(xiàn)有鈉離子電池的正極材料在低soc下的離子遷移率。

2、本申請(qǐng)第一實(shí)施例提供一種正極材料，包括層狀氧化物，所述層狀氧化物的化學(xué)式為naxniamnbfecmdo2-δ；其中，0.67＜x≤0.96，0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，0≤d≤1，a+b+c+d＝1，-0.1≤δ≤0.5，m選自過渡金屬元素、鑭系元素和鎵中的至少一種。

3、在一些實(shí)施例中，所述層狀氧化物具有鈉層間距do-na-o和過渡金屬層間距do-tm-o，滿足：1.5≤do-na-o/do-tm-o≤1.62。

4、在一些實(shí)施例中，所述鈉層間距do-na-o滿足：

5、在一些實(shí)施例中，所述層狀氧化物具有過渡金屬層間距do-tm-o滿足：

6、在一些實(shí)施例中，所述m選自zr、ga、ta、la、ce、nd、y、nb、w、ti、yb中的至少一種元素。

7、本申請(qǐng)第二實(shí)施例提供一種正極材料的制備方法，用于制備上述任意實(shí)施例中的正極材料，包括如下步驟：

8、提供鈉源和m源，置于溶劑中，形成溶液；

9、提供鎳鐵錳基體，將所述溶液霧化，與所述鎳鐵錳基體混合，進(jìn)行燒結(jié)反應(yīng)，得到所述正極材料。

10、在一些實(shí)施例中，所述鈉源包括碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、檸檬酸鈉、葡萄糖酸鈉、醋酸鈉、乙醇鈉和苯酚鈉中的至少一種。

11、在一些實(shí)施例中，所述m源包括zr、ga、ta、la、ce、nd、y、nb、w、ti、yb中的至少一種元素的碳酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、氫氧化物和氧化物中的至少一種；

12、所述溶劑包括水、乙醇和乙二醇中的至少一種。

13、在一些實(shí)施例中，所述鈉源和m源的摩爾比為0.67～0.96：1。

14、在一些實(shí)施例中，將所述溶液霧化的步驟，進(jìn)一步包括：

15、控制所述溶液經(jīng)過霧化裝置形成液滴，所述溶液經(jīng)過霧化裝置的流量為10～300ml/min，所述霧化裝置內(nèi)氣體壓力為0.3～0.7mpa。

16、在一些實(shí)施例中，所述燒結(jié)反應(yīng)的溫度為500～1100℃。

17、在一些實(shí)施例中，所述燒結(jié)反應(yīng)的時(shí)間為1～24h。

18、在一些實(shí)施例中，進(jìn)行燒結(jié)反應(yīng)的步驟，進(jìn)一步包括：

19、循環(huán)通入空氣和氧氣的混合氣體。

20、本申請(qǐng)第三實(shí)施例提供一種鈉離子電池，包括正極片，所述正極片包括上述任意實(shí)施例中的正極材料。

21、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N正極材料，包括層狀氧化物，層狀氧化物的化學(xué)式為naxniamnbfecmdo2-δ；其中，0.67＜x≤0.96，0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，0≤d≤1，a+b+c+d＝1，-0.1≤δ≤0.5，m選自過渡金屬元素、鑭系元素和鎵中的至少一種。通過在層狀氧化物中摻雜過渡金屬元素、鑭系元素或鎵等金屬性較鈉離子更高的元素，能夠有效調(diào)整層狀氧化物的層間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而拓寬鈉離子的遷移路徑，提高鈉離子遷移率，降低0～50％soc下的鈉離子遷移阻抗，從而提高正極材料的倍率性能，改善電池的循環(huán)表現(xiàn)。

技術(shù)特征：

1.一種正極材料，其特征在于，包括層狀氧化物，所述層狀氧化物的化學(xué)式為naxniamnbfecmdo2-δ；其中，0.67<x≤0.96，0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，0≤d≤1，a+b+c+d＝1，-0.1≤δ≤0.5，m選自過渡金屬元素、鑭系元素和鎵中的至少一種。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正極材料，其特征在于，所述層狀氧化物具有鈉層間距do-na-o和過渡金屬層間距do-tm-o，滿足：1.5≤do-na-o/do-tm-o≤1.62。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種正極材料，其特征在于，所述鈉層間距do-na-o滿足：和/或，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正極材料，其特征在于，所述m選自zr、ga、ta、la、ce、nd、y、nb、w、ti、yb中的至少一種元素。

5.一種如權(quán)利要求1～4中任意一項(xiàng)所述的正極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種正極材料的制備方法，其特征在于，所述鈉源包括碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、檸檬酸鈉、葡萄糖酸鈉、醋酸鈉、乙醇鈉和苯酚鈉中的至少一種；和/或，

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種正極材料的制備方法，其特征在于，所述鈉源和m源的摩爾比為0.67～0.96：1。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種正極材料的制備方法，其特征在于，將所述溶液霧化的步驟，進(jìn)一步包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種正極材料的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)反應(yīng)的溫度為500～1100℃；和/或，

10.一種鈉離子電池，包括正極片，其特征在于，所述正極片包括如權(quán)利要求1～4中任意一項(xiàng)所述的正極材料或包括如權(quán)利要求5～9中任意一項(xiàng)所述的制備方法制得的正極材料。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N正極材料及制備方法、鈉離子電池。正極材料包括層狀氧化物，層狀氧化物的化學(xué)式為Na<subgt;x</subgt;Ni<subgt;a</subgt;Mn<subgt;b</subgt;Fe<subgt;c</subgt;M<subgt;d</subgt;O<subgt;2?δ</subgt;；其中，0.67＜x≤0.96，0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，0≤d≤1，a+b+c+d＝1，?0.1≤δ≤0.5，M選自過渡金屬元素、鑭系元素和鎵中的至少一種。通過在層狀氧化物中摻雜過渡金屬元素、鑭系元素或鎵等金屬氧鍵鍵能較高的元素，能夠有效調(diào)整層狀氧化物的層間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而拓寬鈉離子的遷移路徑，提高鈉離子遷移率，降低0?50％SOC下的鈉離子遷移阻抗，從而提高正極材料的倍率性能，改善電池的循環(huán)表現(xiàn)。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭曉醒,江衛(wèi)軍,韓佳桐,郭豐,盛杰,高飛,張放南
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蜂巢能源科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30