钠电层状氧化物正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及钠离子电池技术领域，具体而言，涉及钠电层状氧化物正极材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
钠电层状氧化物正极材料及其制备方法、正极片、钠离子电池和用电设备


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体而言，涉及钠电层状氧化物正极材料及其制备方法
、
正极片
、
钠离子电池和用电设备
。

技术介绍

[0002]钠离子电池是指以钠为负极材料，以不同的正极材料（如碳
、
氧化物等）组成的二次可充电电池
。
相较于钠离子电池，钠离子电池具有成本低廉
、
安全性高
、
低温性能好等优点
。
其中，镍铁锰正极材料具有较好的发展前景
。
[0003]目前的钠电镍铁锰铜四元前驱体材料还无法实现
Cu
介于
0.1~0.12
配比的均匀共沉，仅能够实现
Cu
含量低于
0.07
配比的共沉，且其前驱体的振实密度低于
1.3g/cm3，这对于正极材料烧结的产能设计非常不友好
。
[0004]而镍铁锰三元共沉前驱体相对成熟，其前驱体的振实密度可以做到
2.0g/cm3以上
。
但是，目前采用镍铁锰三元前驱体制备正极材料过程中普遍需要较高的烧结温度（
>1000℃
），大部分设备难以满足条件，即使满足条件高温对设备的损伤也较为严重
。
同时，镍铁锰三元前驱体在制备成正极材料后主要呈现大片层形貌，该形貌会导致正极材料流动性差和后端电芯极片压实低，导致电池能量密度低
。
[0005]因此，降低正极材料的烧结温度并改善正极材料大片层形貌具有重要意义
。
[0006]有鉴于此，特提出本专利技术
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的第一目的在于提供一种钠电层状氧化物正极材料，通过调控铜源与前驱体材料的摩尔比以及铜源原料的
D50
中值粒径，并满足关系式，该正极材料的烧结温度低，并且改善了正极材料的大片层形貌
。
解决了传统制备镍铁锰正极材料需要较高的烧结温度，导致大部分设备难以满足条件，或者即使满足条件对设备的损伤较为严重的问题；并且解决了传统镍铁锰前驱体在制备成正极材料后呈现大片层形貌的问题
。
[0008]本专利技术的第二目的在于提供一种钠电层状氧化物正极材料的制备方法，该方法烧结温度低，对烧结设备要求低，易于制备，并且可以明显改善正极材料的大片层形貌，进而提高了其能量密度
。
[0009]本专利技术的第三目的在于提供一种正极片，该正极片的能量密度高
。
[0010]本专利技术的第四目的在于提供一种钠离子电池，其具有优异的电化学性能
。
[0011]本专利技术的第五目的在于提供一种使用上述钠离子电池的用电设备
。
[0012]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：本专利技术提供了一种钠电层状氧化物正极材料，所述钠电层状氧化物正极材料的化学通式为
NaNi
0.22+x
Fe
y
Mn
z
Cu
0.11
‑
x
O2，其中，
0<x≤0.1
；
0.32≤y≤0.36
，
0.31≤z≤0.35
，且
y+z=0.67
；
所述钠电层状氧化物正极材料主要由含有前驱体材料
、
铜源和钠源的混合料经烧结制得；其中，所述前驱体材料的振实密度
≥1.6g/cm3；所述铜源的
D50
中值粒径
D=3~10
μ
m
；并且所述烧结的温度
T
，所述铜源的
D50
中值粒径
D
，以及，所述铜源与所述前驱体材料的摩尔比
(0.11
‑
x)
满足如下关系式：
T=
‑
20D/log(0.11
‑
x)+850。
[0013]本专利技术通过调控铜源与前驱体材料的摩尔比以及铜源原料的
D50
中值粒径，并满足关系式，不仅降低了钠电层状氧化物正极材料的烧结温度，而且改善了正极材料的大片层形貌，提高了由其制得的电池的能量密度
。
不仅解决了传统制备镍铁锰正极材料需要较高的烧结温度，导致大部分设备难以满足条件，或者即使满足条件对设备的损伤也较为严重的问题；而且还解决了传统镍铁锰前驱体在制备成正极材料后呈现大片层形貌的问题
。
[0014]进一步地，所述前驱体材料的化学通式为
Ni
u
Fe
v
Mn
w
(OH)2，其中，
0.24≤u≤0.33
，
0.32≤v≤0.41
，
0.31≤w≤0.40
，且
u+v+w=1。
[0015]进一步地，所述前驱体材料的比表面积
BET
为
5m2/g<BET<50m2/g。
[0016]进一步地，所述钠电层状氧化物正极材料的
D50
中值粒径为
5~20
μ
m。
[0017]进一步地，所述钠电层状氧化物正极材料的钝度
P
为
0.6~1.0。
[0018]进一步地，所述钠电层状氧化物正极材料的首次库伦效率
≥92%。
[0019]进一步地，所述钠电层状氧化物正极材料在
0.1C
下循环3周的平均放电比容量
≥133mAh/g。
[0020]进一步地，所述钠电层状氧化物正极材料在
0.5C
下循环3周的平均放电比容量
≥126mAh/g。
[0021]进一步地，所述钠电层状氧化物正极材料在
1C
下循环3周的平均放电比容量
≥120mAh/g。
[0022]本专利技术进一步提供了上述钠电层状氧化物正极材料的制备方法，包括如下步骤：前驱体材料
、
铜源和钠源混合后进行烧结，得到所述钠电层状氧化物正极材料
。
[0023]进一步地，所述烧结的保温时间为
8~24h。
[0024]进一步地，所述烧结在含氧气氛中进行，所述含氧气氛包括空气气氛和
/
或氧气气氛
。
[0025]进一步地，所述前驱体材料的化学通式为
Ni
u
Fe
v
Mn
w
(OH)2，其中，
0.24≤u≤0.33
，
0.32≤v≤0.41
，
0.31≤w≤0.40
，且
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
钠电层状氧化物正极材料，其特征在于，所述钠电层状氧化物正极材料的化学通式为
NaNi
0.22+x
Fe
y
Mn
z
Cu
0.11
‑
x
O2，其中，
0<x≤0.1
；
0.32≤y≤0.36
，
0.31≤z≤0.35
，且
y+z=0.67
；所述钠电层状氧化物正极材料主要由含有前驱体材料
、
铜源和钠源的混合料经烧结制得；其中，所述前驱体材料的振实密度
≥1.6g/cm3；所述铜源的
D50
中值粒径
D=3~10
μ
m
；并且所述烧结的温度
T
，所述铜源的
D50
中值粒径
D
，以及，所述铜源与所述前驱体材料的摩尔比
(0.11
‑
x)
满足如下关系式：
T=
‑
20D/log(0.11
‑
x)+850。2.
根据权利要求1所述的钠电层状氧化物正极材料，其特征在于，包含以下特征（1）至（2）中的至少一项：（1）所述前驱体材料的化学通式为
Ni
u
Fe
v
Mn
w
(OH)2，其中，
0.24≤u≤0.33
，
0.32≤v≤0.41
，
0.31≤w≤0.40
，且
u+v+w=1
；（2）所述前驱体材料的比表面积
BET
为
5m2/g<BET<50m2/g。3.
根据权利要求1所述的钠电层状氧化物正极材料，其特征在于，包含以下特征（1）至（2）中的至少一项：（1）所述钠电层状氧化物正极材料的
D50
中值粒径为
5~20
μ

【专利技术属性】
技术研发人员：程斯琪，王建鑫，岑杰，李树军，唐堃，
申请(专利权)人：山西华钠铜能科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：