一种聚阴离子正极活性物质、正极片和电化学装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种聚阴离子正极活性物质、正极片和电化学装置，聚阴离子正极活性物质的结构通式为Na

【技术实现步骤摘要】
一种聚阴离子正极活性物质、正极片和电化学装置


[0001]本专利技术涉及二次电池领域，具体涉及一种聚阴离子正极活性物质、正极片和电化学装置。

技术介绍

[0002]钠离子电池作为锂离子电池的替代电化学装置具有显著的成本优势，根据数据测算，相比LFP/Gr体系的锂离子电池，钠离子电池材料成本可以降低30％～40％，这主要得益于两个方面：一方面是钠离子电池正极材料的含钠化合物，而钠是地壳中丰度第六的元素，以钠盐形式广泛存在于海水中，储量丰富，价格低廉，另一方面是Na
+
直径比Li
+
更大，不会嵌入Al晶格中，故负极集流体可以使更便宜的Al箔而避免使用昂贵的Cu箔作为电子导体。
[0003]基于NASICON(Na
+
Super Ionic Conductor，钠超离子导体)结构的聚阴离子化合物在Na
+
嵌入脱出过程中结构稳定，循环性能好，并且具有三维开放的刚性骨架结构，有利于Na
+
在晶格内的迁移，因而这类材料的离子导电性较高。故而，基于NASICON结构的材料应用于钠离子电池，具有倍率性能好、循环寿命长的特点，特别适合大规模储能、移动电站、低速车、电动工具等应用场景。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种聚阴离子正极活性物质，具有良好的循环性能和倍率性能，以及廉价的材料成本。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种聚阴离子正极活性物质，其结构通式为Na
x
Mn
y
V2‑
y
(PO4)3，其中，x的取值范围为3.0～4.5，y的取值范围为0.1～1.5。
[0007]本专利技术的聚阴离子正极活性物质包括磷酸基团以及钠、锰、钒三种金属，磷酸盐中的磷元素电负性较高，因而磷酸根离子具有较强的共价键特性，从而可以稳定氧晶格，结构稳定性和热稳定性好。本专利技术的聚阴离子正极活性物质利用V元素的V3
+
/V4
+
电化学反应提供容量，并且V
‑
O键长随着循环没有明显变化，材料具有刚性和稳定的结构。本专利技术聚阴离子正极活性物质含有锰元素，一方面锰价格便宜，可以降低材料成本，另一方面，锰元素化合物为+2价，部分取代V的位置，提高了离子电导率，并且为了保持电中性，Na含量增加，有利于克容量发挥和循环性能。Y的取值为0.1～1.5，代表部分Mn元素取代了V元素，适量的Mn掺杂有利于实现高电压下V4
+
/V5
+
的反应，进一步提高容量和能量密度。为了保持率材料电中性，x取值会随之变化。
[0008]其中，所述聚阴离子正极活性物质的颗粒粒径D
10
的取值范围为1～2μm，颗粒粒径D
50
的取值范围为4～8μm，颗粒粒径D
90
的取值范围为12～18μm。聚阴离子正极活性物质的颗粒粒径D
10
的取值范围为1μm、1.5μm、2μm，聚阴离子正极活性物质的颗粒粒径D
50
的取值范围为4μm、5μm、6μm、7μm、8μm，聚阴离子正极活性物质的颗粒粒径D
90
的取值范围为12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm。设置聚阴离子正极活性物质的颗粒粒径分布范围在一定的范
围内，使涂覆后具有更好的能量密度和倍率性能。
[0009]本专利技术的目的之二在于，提供一种正极片，具有良好的能量密度、倍率性能以及循环寿命。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]一种正极片，包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一表面的正极涂层，所述正极涂层包括上述的聚阴离子正极活性物质。
[0012]本专利技术的聚阴离子正极活性物质具有NASICON的可比结构是橄榄石结构，橄榄石结构只有一维Na
+
扩散通道，离子电导率低，倍率性能差，而NASICON具有3D框架结构，Na
+
扩散速率快，动力学和循环性能更好。
[0013]其中，所述正极涂层还包括导电剂和粘结剂，所述聚阴离子正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为90～98：2～8：1～6。所述聚阴离子正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为90：4：6、92：3：5、93：3：4、94：2：4、93：4：3。
[0014]其中，所述正极涂层的压实密度的取值范围为1.8～2.6g/cm3。正极涂层的压实密度的取值范围1.8g/cm3、1.9g/cm3、2g/cm3、2.3g/cm3、2.6g/cm3。设置正极涂层的压实密度的数值在一定范围内，使正极片具有更好的性能。
[0015]其中，所述正极涂层的单面涂覆面密度的取值范围10～40mg/cm2。正极涂层的单面涂覆面密度的取值范围10mg/cm2、14mg/cm2、18mg/cm2、20mg/cm2、26mg/cm2、30mg/cm2、35mg/cm2、40mg/cm2。设置正极涂层的单面涂覆面密度在一定的范围内，使正极片具有更好的能量密度和倍率性能。
[0016]其中，所述导电剂包括导电碳黑、导电石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或多种。优选导电剂为碳纳米管与碳纤维按质量比为1～1.5的混合物，能够使正极片具有更好的倍率性能和能量密度。
[0017]其中，所述电化学装置的充电上限电压小于或等于3.85V。在高电压下V4
+
/V5
+
的反应会导致材料可逆性变差，从而恶化循环性能，因此，本申请限定一定的充电电压。
[0018]本专利技术的目的之三在于，提供一种电化学装置，具有良好的能量密度、倍率性能和循环寿命。
[0019]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0020]一种电化学装置，包括负极片，隔离膜、电解液、壳体以及上述的正极片，所述隔离膜设置于负极片与正极片之间，壳体用于将负极片、隔离膜、正极片和电解液装设封装。
[0021]所述负极片包括负极集流体以及设置在负极集流体表面的负极活性物质层，负极活性物质层包括负极活性物质，所述负极活性物质可以是包括但不限于石墨、软碳、硬碳、碳纤维、中间相碳微球、硅基材料、锡基材料、钛酸锂或其他能与锂形成合金的金属等中的一种或几种。其中，所述石墨可选自人造石墨、天然石墨以及改性石墨中的一种或几种；所述硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅合金中的一种或几种；所述锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物、锡合金中的一种或几种。所述负极集流体通常是汇集电流的结构或零件，所述负极集流体可以是本领域各种适用于作为锂离子电池负极集流体的材料，例如，所述负极集流体可以是包括但不限于金属箔等，更具体可以是包括但不限于铜箔等。
[0022]该钠离子电池还包括电解液，电解液包括有机溶剂、电解质钠盐和添加剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚阴离子正极活性物质，其特征在于，其结构通式为Na
x
Mn
y
V2‑
y
(PO4)3，其中，x的取值范围为3.0～4.5，y的取值范围为0.1～1.5。2.根据权利要求1所述的聚阴离子正极活性物质，其特征在于，所述聚阴离子正极活性物质的颗粒粒径D
10
的取值范围为1～2μm，颗粒粒径D
50
的取值范围为4～8μm，颗粒粒径D
90
的取值范围为12～18μm。3.一种正极片，其特征在于，包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一表面的正极涂层，所述正极涂层包括权利要求1或2所述的聚阴离子正极活性物质。4.根据权利要求3所述的正极片，其特征在于，所述正极涂层还包括导电剂和粘结剂，所述聚阴离子正极活性物质、导...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓艳，
申请(专利权)人：陈晓艳，
类型：发明
国别省市：