一种层状氧化物正极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电池，具体而言，涉及一种层状氧化物正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前制备钠电正极材料的方法有两种：一种是利用金属氧化物进行固相反应，另一种是利用共沉淀前驱体进行烧结。固相反应法的缺点是反应温度高、反应时间长、产物比例难控、杂质含量高、材料形貌不均匀；共沉淀法的优点是前驱体连续可控，形貌均匀、杂质含量低，因此逐渐成为主流方法。但是，目前含铜四元前驱体制备的钠离子电池正极材料单晶比表面积过大，这会增加电极反应的副反应，影响电池的循环性能。

2、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种层状氧化物正极材料的制备方法，可获得低比表面积的层状氧化物正极材料，进而可减少电池反应中的副反应，提升首效，提高电池的循环性能。

2、本发明的另一个目的在于提供一种层状氧化物正极材料。

3、本发明的另一个目的在于提供一种正极片。

4、本发明的另一个目的在于提供一种电池。

5、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

6、一种层状氧化物正极材料的制备方法，包括以下步骤：

7、将四元前驱体和钠源混合得到的前驱体物料进行烧结，所述四元前驱体的化学式为ni0.22+zcu0.11-zfea1mnq1(oh)2，其中，0≤z≤0.1，0.31≤a1≤0.35，0.31≤q1≤0.35；

8、所述烧结的温度为t，所述烧结的时间为t，所述层状氧化物正极材料中的钠元素的摩尔配比为α，所述四元前驱体的比表面积为s，所述四元前驱体的振实密度为td，所述t与t、α、s和td满足关系式：t=980-10-lg|1-α|td•t/4s+x，其中，980-10-lg|1-α|td•t/4s为理论烧结温度，x为烧结温度误差，-21℃≤x≤21℃。

9、在一种实施方式中，所述四元前驱体的比表面积为s满足：10m2/g≤s≤20m2/g。

10、在一种实施方式中，所述四元前驱体的振实密度td满足：1.1g/cm3≤td≤2g/cm3。

11、在一种实施方式中，所述层状氧化物正极材料中的钠元素的摩尔配比α满足：0.9≤α≤1.1。

12、在一种实施方式中，所述钠源包括naoh、na2co3、nahco3和nano3中的至少一种。

13、在一种实施方式中，所述烧结的时间t满足：10h≤t≤30h。

14、在一种实施方式中，所述烧结的升温速率为1~10℃/min。

15、在一种实施方式中，所述烧结在压缩空气或氧气气氛中进行。

16、在一种实施方式中，所述烧结的次数为一次或多次。

17、在一种实施方式中，所述四元前驱体中含有的杂质元素的含量小于5000ppm；所述杂质元素包括na、s、al、ca、mg、zn、co和li中的至少一种。

18、一种层状氧化物正极材料，由所述的层状氧化物正极材料的制备方法制备得到；所述层状氧化物正极材料的化学式为naxni0.22+ycu0.11-yfea2mnq2o2，其中，0.9≤x≤1.1，0≤y≤0.1，0.31≤a2≤0.35，0.31≤q2≤0.35。

19、在一种实施方式中，所述层状氧化物正极材料的比表面积小于0.5m2/g。

20、在一种实施方式中，所述层状氧化物正极材料的d50粒径满足：4μm≤d50≤20μm。

21、在一种实施方式中，所述层状氧化物正极材料为o3型。

22、一种正极片，包括所述的层状氧化物正极材料的制备方法制备得到的层状氧化物正极材料或者所述的层状氧化物正极材料。

23、一种电池，包括所述的正极片。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

25、（1）本发明通过烧结的时间t、层状氧化物正极材料中的钠元素的摩尔配比α、四元前驱体的比表面积s和四元前驱体的振实密度td来确定烧结的温度t，进而降低最终得到的层状氧化物正极材料的比表面积，使得层状氧化物正极材料具有优异的电化学性能，进而可减少电池反应中的副反应，提升首效，提高电池的循环性能。

26、（2）本发明的方法得到的层状氧化物正极材料的比表面积小于0.5m2/g，具有优异的电化学性能。

27、（3）本发明的层状氧化物正极材料得到的电池具有优异的首效和循环性能。

技术特征：

1.一种层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述四元前驱体的比表面积为s满足：10m2/g≤s≤20m2/g。

3.根据权利要求1所述的层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述四元前驱体的振实密度td满足：1.1g/cm3≤td≤2g/cm3。

4.根据权利要求1所述的层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，包含以下特征（1）至（2）中的至少一种：

5.根据权利要求1所述的层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，包含以下特征（1）至（4）中的至少一种：

6.根据权利要求1所述的层状氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述四元前驱体中含有的杂质元素的含量小于5000ppm；

7.一种层状氧化物正极材料，其特征在于，由权利要求1~6中任一项所述的层状氧化物正极材料的制备方法制备得到；

8.根据权利要求7所述的层状氧化物正极材料，其特征在于，包含以下特征（1）至（3）中的至少一种：

9.一种正极片，其特征在于，包括权利要求1~6中任一项所述的层状氧化物正极材料的制备方法制备得到的层状氧化物正极材料或者权利要求7~8任一项所述的层状氧化物正极材料。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求9所述的正极片。

技术总结
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种层状氧化物正极材料及其制备方法和应用。本发明的层状氧化物正极材料的制备方法，包括以下步骤：将四元前驱体和钠源混合得到的前驱体物料进行烧结，烧结的温度为T，烧结的时间为t，层状氧化物正极材料中的钠元素的摩尔配比为α，四元前驱体的比表面积为S，四元前驱体的振实密度为TD，T与t、α、S和TD满足关系式：T=980‑10<supgt;‑lg|1‑α|</supgt;TD•t/4S+x，980‑10<supgt;‑lg|1‑α|</supgt;TD•t/4S为理论烧结温度，x为烧结温度误差，‑21℃≤x≤21℃。本发明的方法可获得低比表面积的正极材料，进而可减少电池反应中的副反应，提升首效，提高电池的循环性能。

技术研发人员：程斯琪,戚兴国,李树军,唐堃
受保护的技术使用者：北京中科海钠科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5