钠离子电池正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池正极材料
，特别是涉及钠离子电池正极材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]近几年，新能源产业快速发展，钠离子电池因为具备低成本
、
制备方法简单
、
性能优异等特点备受关注，其中镍铁锰多晶体材料由于具备加工性能好
、
容量高
、
循环好等优点，受到越来越多的研究
。
但是镍铁锰多晶材料在循环过程中产气过高，影响大规模应用
。
[0003]在钠离子电池中，层状氧化物正极材料的主要反应是钠离子的嵌入和脱嵌
。
当钠离子从电解液中嵌入到层状氧化物正极材料中时，正极材料的结构会发生变化，层状结构的氧化物片层会向外膨胀形成间隙，这个过程会导致正极材料产生体积膨胀和应力积累，从而影响电池的循环寿命和安全性能
。
[0004]当钠离子从层状氧化物正极材料中脱嵌出来时，正极材料的结构会恢复原状，层状结构的氧化物片层会重新叠加在一起
。
然而，由于正极材料体积变化，不仅会导致电池内部压力升高，使正极材料中的气体逸出，而且正极材料与电解液之间界面可能会出现断裂，使电解液中的气体逸出
。
[0005]产气现象对钠离子电池的性能和安全性都有一定的影响
。
首先，产气会增加电池内部的压力，可能导致电池的膨胀
、
变形甚至爆炸
。
其次，气体的产生会占据电池内部的有效空间，降低电池的能量密度
。
此外，气体的产生还会导致电池的寿命下降，因为气体会阻碍钠离子的嵌入和脱嵌过程
。
[0006]目前，解决该问题的方法包括改变层状电极结构或改变电解液组成
。
前者可以使钠离子在嵌入和脱出的过程中能够更好的容纳体积变化
。
后者可以选择高溶解度和低气体逸出率的电解液，以减少产气现象的发生
。
此外，还可以采用水洗的方法或者降低使用电压来改善循环产气的问题
。
但是，水洗步骤会使得制备工序变得复杂，增加制造成本；而降低使用电压，会使容量也随之降低，影响电芯的能量密度
。
[0007]有鉴于此，特提出本专利技术
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的第一目的在于提供一种钠离子电池正极材料，所述钠离子电池正极材料通过掺杂两种不同性能的掺杂元素，改善正极材料在循环过程中出现的产气问题
。
其中，元素
M
的
M
‑
O
的键能大于
500kJ/mol
，元素
A
的离子半径大于或等于
0.06nm
且元素
A
的价态
≥+3
价
。
元素
M
的作用是掺杂在间隙原子的位置，可以对氧起到束缚的作用，在脱钠状态下限制了氧的释放；元素
A
的掺杂可优先在过渡金属位替代过渡金属，起到支撑作用，支撑层状材料的内部结构，从而改善钠离子正极材料的在循环过程中出现的产气问题
。
[0009]本专利技术的第二目的在于提供如上所述的钠离子电池正极材料的制备方法，该方法将含有元素
M
的第一添加剂和含有元素
A
的第二添加剂与镍铁锰前驱体材料和钠源混合后
烧结，使两种元素掺杂其中，改善钠离子电池正极材料在循环过程中出现的产气问题，从而得到综合性能更优的钠离子电池正极材料
。
[0010]本专利技术的第三目的在于提供包括如上所述的钠离子电池正极材料的钠离子电池正极极片，该正极极片在循环过程中可以有效改善其产气的问题
。
[0011]本专利技术的第四目的在于提供包括如上所述的钠离子电池正极极片的钠离子电池，该钠离子电池使用了如上所述的正极极片，改善了其在循环过程中出现的产气问题，从而提升了钠离子电池的性能和安全性
。
[0012]本专利技术的第五目的在于提供使用如上所述的钠离子电池的用电设备
。
[0013]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离子电池正极材料，所述钠离子电池正极材料的化学通式为
Na
a
Ni
b
Fe
c
Mn
d
M
e
A
f
O2，
0.85≤a≤1.1
，
0.1≤b≤0.5
，
0.1≤c≤0.4
，
0.1≤d≤0.4
，
0.001≤e≤0.02
，
0.001≤f≤0.02
，其中，元素
M
和元素
A
为掺杂元素，元素
M
的
M
‑
O
的键能大于
500kJ/mol
，元素
A
的离子半径大于或等于
0.06nm
，且元素
A
的价态
≥+3
价，所述钠离子电池正极材料的
XRD
图谱在
42.5
°
~43.5
°
无杂相衍射峰
。
[0014]优选地，所述元素
M
的
M
‑
O
的键能大于
700kJ/mol。
[0015]优选地，所述元素
A
的离子半径为
0.06nm~0.11nm。
[0016]优选地，所述杂相衍射峰为
NiO
的衍射峰和
/
或
ZnO
的衍射峰
。
[0017]优选地，所述元素
M
包括
Al、Nb、Mg、Si、W
和
Ti
中的至少一种
。
[0018]优选地，所述元素
M
包括
Al、Nb、Mg、Si、W
和
Ti
中的至少两种
。
[0019]优选地，所述元素
A
包括
Y、Zr、Nb、Sb、Te、La、Ce
和
Ta
中的至少一种
。
[0020]优选地，所述钠离子电池正极材料中，
Na
‑
O
层间距为
3.30
Å
~3.50
Å
。
[0021]优选地，所述钠离子电池正极材料还包括至少部分包覆在化学通式为
Na
a
Ni
b
Fe
c
Mn
d
M
e
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述钠离子电池正极材料的化学通式为
Na
a
Ni
b
Fe
c
Mn
d
M
e
A
f
O2，
0.85≤a≤1.1
，
0.1≤b≤0.5
，
0.1≤c≤0.4
，
0.1≤d≤0.4
，
0.001≤e≤0.02
，
0.001≤f≤0.02
，其中，元素
M
和元素
A
为掺杂元素，元素
M
的
M
‑
O
的键能大于
500kJ/mol
，元素
A
的离子半径大于或等于
0.06nm
，且元素
A
的价态
≥+3
价，所述钠离子电池正极材料的
XRD
图谱在
42.5
°
~43.5
°
无杂相衍射峰
。2.
根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述元素
M
的
M
‑
O
的键能大于
700kJ/mol。3.
根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述元素
A
的离子半径为
0.06nm~0.11nm。4.
根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述钠离子电池正极材料的
XRD
图谱在
42.5
°
~43.5
°
无
NiO
的衍射峰和
/
或
ZnO
的衍射峰
。5.
根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述元素
M
包括
Al、Nb、Mg、Si、W
和
Ti
中的至少一种
。6.
根据权利要求5所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述元素
M
包括
Al、Nb、Mg、Si、W
和
Ti
中的至少两种
。7.
根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述元素
A
包括
Y、Zr、Nb、Sb、Te、La、Ce
和
Ta
中的至少一种
。8.
根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述钠离子电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国征，张文飞，徐建康，王尊志，于建，刘瑞，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：