一种正极活性材料的制备方法、正极活性材料、正极极片以及电极组件与流程

本申请涉及新材料制备以及能源存储领域，具体而言，涉及一种正极活性材料的制备方法、正极活性材料、正极极片以及电极组件。

背景技术：

1、目前，钠离子电池正极活性材料主要分为过度金属氧化物、聚阴离子化合物和鲁普士蓝化合物等，其中，过渡金属氧化物由于具有更高的比容量，从而更能满足高能量密度的需求。

2、但是，过渡金属氧化物类正极活性材料的现有制备方法存在工艺较为复杂、制备效率低以及制备成本较高等问题。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种正极活性材料的制备方法、正极活性材料、正极极片以及电极组件，能够在一定程度上简化过渡金属氧化物类正极活性材料的制备工艺、提高其制备效率以及降低制备成本。

2、本申请的实施例是这样实现的：

3、第一方面，本申请实施例提供一种正极活性材料的制备方法，正极活性材料的结构通式为na0.67±0.1axbynizmn0.67±0.1o2，其中，0≤y≤0.165、0＜z≤0.165、x＝0.33-y-z，a和b选自mg、cu、fe、co、v、cr、al、nb和ti中的一种且a与b不同；

4、正极活性材料的制备方法包括以下步骤：

5、按照通式称取各金属元素对应的乙酸盐和/或草酸盐并进行混合，得到金属盐混合物；

6、将金属盐混合物与柠檬酸以粉末形式混合后进行研磨，得到凝胶状混合物；

7、将凝胶状混合物进行烧结，得到正极活性材料。

8、上述技术方案中，按照上述工艺进行制备，能够制备得到一种具有较高的容量以及优异循环性能的过渡金属氧化物类正极活性材料；其中，相较于常规的溶胶-凝胶法，本申请提供的制备工艺不用借助螯合剂，且不用在溶剂体系中进行混合，相应的，不用进行溶液烘干的步骤，从而能够简化制备工艺，提高制备效率以及降低制备成本；相较于常规的固相法，本申请提供的制备工艺由于将特定种类的金属盐与柠檬酸进行混合以及研磨，能够使得本申请对应的固相法达到和溶胶-凝胶法相当程度的混合均匀度，从而使得后续制备得到的正极活性材料的具有优异的综合电学性能。

9、在一些可选的实施方案中，按照通式称取各金属元素对应的乙酸盐进行混合，得到金属盐混合物。

10、上述技术方案中，采用乙酸金属盐，相较于采用草酸金属盐(价格高；且研磨过程会析水，后续处理工艺较为复杂)，具有制备工艺较为简单、制备效率较高以及制备成本较低等优势。

11、在一些可选的实施方案中，金属盐混合物与柠檬酸的质量比为1：(0.5～2)；和/或，将金属盐混合物与柠檬酸进行研磨的过程中，处理时间为1～5h。

12、上述技术方案中，将金属盐混合物与柠檬酸的质量比限定在上述范围，能够使得二者具有适宜的用量比，从而保证二者的混合均匀度；将研磨过程中的处理时间限定在上述范围，能够使得研磨过程具有适宜的时长，从而能够得到更适合用于烧结的凝胶状混合物。

13、在一些可选的实施方案中，在将凝胶状混合物进行烧结的步骤之前，还包括对凝胶状混合物进行预处理的步骤，预处理的步骤包括：

14、对凝胶状混合物进行预烧结，得到发泡状混合物，然后，对发泡状混合物进行研磨，得到烧结前驱体。

15、上述技术方案中，设置预处理步骤，是由于凝胶状混合物在不同的烧结温度下对应的主体成分的结构是不同的，先进行预烧结，使得凝胶状混合物转化为发泡状，该状态的混合物中含有的有效成分的含量更高，从而能够有效降低混合物中的副产物的比重。

16、在一些可选的实施方案中，在进行预烧结的过程中，处理温度为100～400℃、处理时间为3～5h。

17、上述技术方案中，将预烧结过程的处理温度和处理时间限定在上述范围，能够使得预烧结在适宜的条件下进行，从而进一步降低混合物中的副产物的比重。

18、在一些可选的实施方案中，在进行烧结的过程中，先进行第一阶段烧结，然后再升温进行第二阶段烧结。

19、上述技术方案中，采用两段式烧结，相较于采用常规的一段式烧结，能够有效降低目标产物中的副产物的比重；其中，第一烧结阶段是为了保护混合物中的有效成分的结构，防止其转化为其他结构；第二烧结阶段是为了将具有有效结构的成分转化为需要的目标产物，通过两个烧结阶段的协同作用，能够有效降低目标产物中的副产物的比重。

20、在一些可选的实施方案中，在进行第一阶段烧结的过程中，处理温度为300～600℃、处理时间为3～5h；和/或，在进行第二阶段烧结的过程中，处理温度为800～1000℃、处理时间为8～24h。

21、上述技术方案中，分别将第一阶段烧结的处理温度和时间以及第二阶段烧结的处理温度和时间限定在上述范围，能够使得两个烧结阶段均在适宜的条件下进行，从而进一步降低目标产物中的副产物的比重。

22、第二方面，本申请实施例提供一种正极活性材料，采用如第一方面实施例提供的制备方法制得；

23、可选地，正极活性材料的结构通式为na0.67±0.1mgxcuynizmn0.67±0.1o2，其中，0≤y≤0.165、0＜z≤0.165、x＝0.33-y-z。

24、上述技术方案中，采用第一方面实施例提供的制备方法制得的正极活性材料具有较高的容量以及优异的循环性能。

25、进一步地，将正极活性材料的结构通式限定在上述范围，是由于第一方面实施例提供的制备方法更适合用于制备该类型的正极活性材料。

26、第三方面，本申请实施例提供一种正极极片，包括采用第一方面实施例提供的制备方法制得的正极活性材料或采用第二方面实施例提供的正极活性材料。

27、第四方面，本申请实施例提供一种电极组件，包括依次设置的电池负极、隔离膜以及如第三方面实施例提供的正极极片。

技术特征：

1.一种正极活性材料的制备方法，所述正极活性材料的结构通式为na0.67±0.1axbynizmn0.67±0.1o2，其中，0≤y≤0.165、0＜z≤0.165、x＝0.33-y-z，a和b选自mg、cu、fe、co、v、cr、al、nb和ti中的一种且a与b不同；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按照通式称取各金属元素对应的乙酸盐进行混合，得到所述金属盐混合物。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐混合物与所述柠檬酸的质量比为1：(0.5～2)；

4.根据权利要求1～3中任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述将所述凝胶状混合物进行烧结的步骤之前，还包括对所述凝胶状混合物进行预处理的步骤，所述预处理的步骤包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在进行所述预烧结的过程中，处理温度为100～400℃、处理时间为3～5h。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的制备方法，其特征在于，在进行所述烧结的过程中，先进行第一阶段烧结，然后再升温进行第二阶段烧结。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在进行所述第一阶段烧结的过程中，处理温度为300～600℃、处理时间为3～5h；

8.一种正极活性材料，其特征在于，采用如权利要求1～7中任一项所述的制备方法制得；

9.一种正极极片，其特征在于，包括采用如权利要求1～7中任一项所述的制备方法制得的正极活性材料或如权利要求8所述的正极活性材料。

10.一种电极组件，其特征在于，包括：

技术总结
本申请提供一种正极活性材料的制备方法、正极活性材料、正极极片以及电极组件，属于新材料制备以及能源存储领域。正极活性材料的制备方法包括以下步骤：按照通式称取各金属元素对应的乙酸盐和/或草酸盐并进行混合，得到金属盐混合物；将金属盐混合物与柠檬酸以粉末形式混合后进行研磨，得到凝胶状混合物；将凝胶状混合物进行烧结，得到正极活性材料，该制备方法能够在一定程度上简化过渡金属氧化物类正极活性材料的制备工艺、提高其制备效率以及降低制备成本。

技术研发人员：杨应昌,陈阿星,王昌梅,王佳兴,罗兴怀,石维
受保护的技术使用者：深圳为方能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13