一种正极材料、正极极片及钠离子电池制造技术

本发明专利技术属于电池技术领域，具体涉及一种正极材料、正极极片及钠离子电池。该正极材料包括阳离子掺杂的硫酸铁钠和碳材料，所述阳离子掺杂的硫酸铁钠的化学式为Na

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料、正极极片及钠离子电池


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种正极材料、正极极片及钠离子电池。

技术介绍

[0002]目前，在电池的正极材料制备过程中，一般采用高能行星球磨合成工艺对制备原料进行处理，以得到复合正极材料，具体通过按一定比例将制备原料放入球磨罐，设置一定的球料比和行星球磨参数，进行前驱体材料的处理，后续通过惰性气氛下烧结，制备得到复合正极材料。但是，使用高能行星球磨合成工艺对制备原料进行处理时，由于各制备原料组分材料的材质、硬度、密度和原始粒径等物理化学性质的差异性，使得高能行星球磨过程中各组分粉碎程度不同、易分层或者形成局部板结成团，导致所制备的前驱体材料混合不均匀，经烧结后形成的材料一致性差，无法形成原子水平上的均匀性，容易形成非活性的杂质相存在，制备的正极材料循环性能差、倍率性能差。并且采用行星式高能球磨制备技术，所需要的球料比高，能量因球和罐子的相互作用大部分以热的形式流失，导致成品材料的生产效率极低，并且生产能耗高。
[0003]因此，需要提供一种新型的正极材料及其制备方案，以提高正极材料产品的品质和一致性，提高正极材料的电化学储钠性能，提高正极材料的循环性能和倍率性能，保证材料规模化量产，提高成品材料的生产效率，降低成本。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的上述问题，本申请提供一种正极材料，包括阳离子掺杂的硫酸铁钠和碳材料，所述碳材料原位修饰所述阳离子掺杂的硫酸铁钠，所述阳离子掺杂的硫酸铁钠（NFS）的通式为Na
x
A
y
Fe1‑
z
B
z
(SO4)
m
；其中，1.1≤x+y≤1.7，0≤y≤0.17，0≤z≤0.1，y和z不同时为0且x、y、z和m符合电荷平衡；A为K
+
，B选自Mn
2+
、Ni
2+
、Co
2+
、Cu
2+
、Ca
2+
、Mg
2+
、Ba
2+
和Zn
2+
中的一种或几种。
[0005]进一步地，所述碳材料的碳源选自碳纳米管、碳纤维、石墨烯、还原氧化石墨烯、导电碳黑或MXene。
[0006]进一步地，所述碳材料的质量分数为0.1
‑
10 wt%。
[0007]进一步地，所述正极材料由以下步骤制备得到：S11：将A和/或B的硫酸盐，与Na2SO4、FeSO4和碳源进行混合处理，得到前驱体材料；S12：对所述前驱体材料进行压制处理和烧结处理，得到所述正极材料。
[0008]进一步地，所述步骤S11中，所述混合处理的方式包括气流磨和振动磨中的至少一种。
[0009]进一步地，所述步骤S12中，所述压制处理的压力为0.01
‑
2 GPa，压制时间为0.1
‑
60 min。
[0010]进一步地，所述烧结处理的温度为300
‑
400℃，烧结时间为0.1
‑
72 h，烧结气氛为惰性气氛。
[0011]本申请还提供一种正极极片，包括正极活性材料层，所述正极活性材料层包含上述的正极材料。
[0012]本申请还提供一种钠离子电池，包括上述的正极极片。
[0013]进一步地，所述钠离子电池为纽扣电池、软包电池、圆柱电池或方型电池。
[0014]由于上述技术方案，本申请提供的一种正极材料、正极极片及钠离子电池，具有以下有益效果：本申请通过将正极材料中加入阳离子掺杂的硫酸铁钠和碳材料，对硫酸铁钠进行晶格内阳离子掺杂和碳材料的修饰，阳离子原位掺杂能提高硫酸铁钠活性材料的晶体结构稳定性，同时配合碳材料共修饰，改善了硫酸铁钠材料的电子导电率和钠离子扩散速率及其晶体结构的稳定性，从而提高了正极材料产品的品质和一致性，提高正极材料的电化学储钠性能以及正极材料的电化学储钠过程中的长循环稳定性和高倍率性能，保证材料规模化量产，提高成品材料的生产效率，降低成本。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0016]图1为NFS掺杂实施例1
‑
8和对比例1的1C循环图。
[0017]图2为NFS掺杂实施例1
‑
8和对比例1的2C循环图。
[0018]图3为NFS掺杂实施例2、4
‑
8和对比例1的倍率性能图。
[0019]图4为NFS掺杂实施例1、2、3、4、8和对比例1的XRD图谱。
[0020]图5为NFS掺杂实施例5、6、7和9的XRD图谱。
[0021]图6为不同钠铁比掺杂(Zn)实施例2、10、11和12的1C循环图。
[0022]图7为不同钠铁比掺杂(Zn)实施例2、10、11和12的2C循环图。
[0023]图8为不同钠铁比掺杂(Zn)实施例2、10、11和12的XRD图谱。
[0024]图9为NFS掺杂Zn不同百分比含量实施例2、13、14和15的1C循环图。
[0025]图10为NFS掺杂Zn不同百分比含量实施例2、13、14和15的2C循环图。
[0026]图11为NFS掺杂Zn不同百分比含量实施例2、13、14和15的XRD图谱。
[0027]图12为NFS掺杂实施例11、16和对比例2的2C循环图。
[0028]图13为NFS掺杂实施例11、16和对比例2的XRD图谱。
[0029]图14为NFS多元素掺杂实施例2、17、18和19的倍率性能图。
[0030]图15为实施例21全电池软包0.1C首圈数据图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0032]对于以下定义的术语，除非在权利要求书或本说明书中的其他地方给出一个不同
的定义，否则应当应用这些定义。所有数值无论是否被明确指示，在此均被定义为由术语“约”修饰。术语“约”大体上是指一个数值范围，本领域的普通技术人员将该数值范围视为等同于所陈述的值以产生实质上相同的性质、功能、结果等。由一个低值和一个高值指示的一个数值范围被定义为包括该数值范围内包括的所有数值以及该数值范围内包括的所有子范围。
[0033]需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语
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包括”和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，包括阳离子掺杂的硫酸铁钠和碳材料，所述碳材料原位修饰所述阳离子掺杂的硫酸铁钠，所述阳离子掺杂的硫酸铁钠的通式为Na
x
A
y
Fe1‑
z
B
z
(SO4)
m
；其中，1.1≤x+y≤1.7，0≤y≤0.17，0≤z≤0.1，y和z不同时为0且x、y、z和m符合电荷平衡；A为K
+
，B选自Mn
2+
、Ni
2+
、Co
2+
、Cu
2+
、Ca
2+
、Mg
2+
、Ba
2+
和Zn
2+
中的一种或几种。2.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述碳材料的碳源选自碳纳米管、碳纤维、石墨烯、还原氧化石墨烯、导电碳黑或MXene。3.如权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述碳材料的质量分数为0.1
‑
10 wt%。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建庆，王齐，陈宇，王广通，韦于金，赵彬，
申请(专利权)人：江苏众钠能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：