一种钠离子电池活性材料、制备方法及其应用与流程

本发明涉及钠离子电池，具体涉及一种钠离子电池活性材料、制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着化石能源的日益消耗，新能源得到了快速的发展，社会对相应的存储设备也提出了一定的需求，然而锂离子电池成本较高，且锂资源有限，因此亟需一种新型的与锂离子电池工作原理接近的电芯，与其形成互补，其中钠离子电池是一种优良的选择。

2、钠离子电池的活性物质材料分为正极活性物质和负极活性物质，其中不同的材料呈现出不同的特性，例如，钠离子电池正极活性物质中，o3层状材料一般具有高克容量的特性，但其循环性能弱于p2材料或聚阴离子材料。

3、现有的技术制备出的活性物质材料不能兼具高循环及高克容量的特点，部分专利技术提出了复合的方法，但制备工艺较为复杂，且产品的一致性不佳，未明确规定不同掺混料的特点，及最优的掺混效果及比例。例如，cn202211068356.x提出了一种p2和o3复合相材料的制备方法，但该方法制备工艺较为复杂，且制备出的材料一致性难以控制，未规定p2材料和o3材料的具体比例。

4、因而制备一种具有高比容量和优异的循环稳定性的活性物质材料是目前研究的重点。

技术实现思路

1、针对现有技术工艺复杂、难以兼容高克容量与长循环的特性、未定量掺混颗粒的大小及质量，本发明通过简单的物理掺混，控制掺混材料的粒径及质量比，进而制备出的活性物质材料倍率性能及循环性能较为优异。

2、本发明首先提供一种钠离子正极材料，所述正极材料包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述正极活性材料为大颗粒活性材料和小颗粒活性材料；其中，所述大颗粒活性材料的粒径d50为5-20um，小颗粒活性材料的粒径d50为30nm-600nm，所述大颗粒活性材料与所述小颗粒活性材料的粒径比为10～500，所述大颗粒活性材料与所述小颗粒活性材料的质量比为10～70。

3、在一个或多个实施方案中，所述大颗粒活性材料的粒径d50为8-15um或8-12um。

4、在一个或多个实施方案中，所述小颗粒活性材料的粒径d50为50-500nm或100-200nm。

5、在一个或多个实施方案中，所述大颗粒活性材料与所述小颗粒活性材料的粒径比为15～300或16～60。

6、在一个或多个实施方案中，所述大颗粒活性材料与所述小颗粒活性材料的质量比为10～40或20～40或19～40。

7、在一个或多个实施方案中，所述正极活性材料为两种或两种以上过渡金属氧化物的组合；或者所述正极活性材料选自过渡金属氧化物、聚阴离子化合物或普鲁士白化合物中的任意两种或两种以上。

8、在一个或多个实施方案中，所述正极活性材料为两种或两种以上过渡金属氧化物的组合，其中，部分过渡金属氧化物为大颗粒活性材料，部分过渡金属氧化物为小颗粒活性材料。

9、在一个或多个实施方案中，所述过渡金属氧化物包括o3型过渡金属氧化物和p2型过渡金属氧化物。

10、在一个或多个实施方案中，所述o3型过渡金属氧化物为大颗粒活性材料，所述p2型过渡金属氧化物为小颗粒活性材料。

11、在一个或多个实施方案中，所述正极活性材料含有过渡金属氧化物和聚阴离子化合物；其中，过渡金属氧化物为大颗粒活性材料，聚阴离子化合物为小颗粒活性材料。

12、在一个或多个实施方案中，所述过渡金属氧化物的化学式为naxmo2，其中，x为0.6～1，m为ni、fe、mn、cr、co、cu、zr和ti中的一种或多种，优选地，m为ni、fe和mn。

13、在一个或多个实施方案中，所述聚阴离子化合物为naapo4、na3(vo1-ypo4)2f1+2y、na2qp2o7或nazn2(ro4)3中的一种或多种，其中，a为fe、v或mn，0≤y≤2，q为fe、mn和co中的一种或多种，1≤z≤4，n为v、fe、ni、mn或ti，r＝p、s或si。

14、在一个或多个实施方案中，所述普鲁士白化合物为namy[fe(cn)6]，其中，0<m≤2，y为mn、ni、co、zn、cu或fe。

15、在一个或多个实施方案中，所述过渡金属氧化物为o3型过渡金属氧化物和p2型过渡金属氧化物。

16、在一个或多个实施方案中，所述o3型过渡金属氧化物的化学式为na1.0ni0.33fe0.33mn0.34o2。

17、在一个或多个实施方案中，所述p2型过渡金属氧化物的化学式为na0.67ni0.33fe0.33mn0.34o2。

18、在一个或多个实施方案中，所述聚阴离子化合物为na6fe5(so4)8。

19、在一个或多个实施方案中，所述导电剂选自导电碳黑、碳纤维、乙炔黑、科琴黑、石墨烯和碳纳米管中的一种或多种。

20、在一个或多个实施方案中，所述粘结剂选自含氟树脂、聚丙烯树脂、纤维型粘结剂和聚酰亚胺型粘结剂中的一种或多种。

21、在一个或多个实施方案中，以正极材料总重计，所述正极活性材料的质量分数为90～99wt％或90～95wt％。

22、在一个或多个实施方案中，以正极材料总重计，所述导电剂的质量分数为0.5～5wt％或0.5～2.5wt％。

23、在一个或多个实施方案中，以正极材料总重计，所述粘结剂的质量分数为0.5～5wt％或2～4wt％。

24、本发明还提供一种正极极片，所述正极极片的正极材料层中含有如本文任一项所述的正极材料。

25、本发明还提供一种钠离子电池，所述钠离子电池含有如本文任一项所述的正极材料和/或正极极片。

26、在一个或多个实施方案中，所述钠离子电池在0.2c/5c充放电流下，0.2c放电容量和5c放电容量的比值≥90或≥95。

27、在一个或多个实施方案中，所述钠离子电池在0.2c/0.2c电流下充放电，循环50圈后的放电容量与循环第一圈的放电容量的百分比≥90％或≥95％。

28、在一个或多个实施方案中，所述钠离子电池在0.2c/0.2c充放电流、1.5～4.0v电压下，放电克容量≥120mah/g或≥125mah/g或≥130mah/g。

29、本发明还提供如本文任一项所述的正极材料和/或正极极片在提高钠离子电池循环性能和/或放电容量中的应用。

30、本发明还提供一种制备循环性能和放电容量提高的钠离子电池的方法，所述方法包括使用如本文任一项所述的正极材料制备所述钠离子电池的正极极片的步骤，或使用如本文任一项所述的正极极片制备所述钠离子电池的步骤。

技术特征：

1.一种钠离子正极材料，其特征在于，所述正极材料包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述正极活性材料为大颗粒活性材料和小颗粒活性材料；其中，所述大颗粒活性材料的粒径d50为5-20um，小颗粒活性材料的粒径d50为30nm-600nm，所述大颗粒活性材料与所述小颗粒活性材料的粒径比为10～500，所述大颗粒活性材料与所述小颗粒活性材料的质量比为10～70。

2.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极活性材料具有以下一种或多种特征：

3.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极活性材料为两种或两种以上过渡金属氧化物的组合；或者所述正极活性材料选自过渡金属氧化物、聚阴离子化合物或普鲁士白化合物中的任意两种或两种以上。

4.如权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述正极活性材料为两种或两种以上过渡金属氧化物的组合，其中，部分过渡金属氧化物为大颗粒活性材料，部分过渡金属氧化物为小颗粒活性材料。

5.如权利要求4所述的正极材料，其特征在于，所述过渡金属氧化物包括o3型过渡金属氧化物和p2型过渡金属氧化物。

6.如权利要求5所述的正极材料，其特征在于，所述o3型过渡金属氧化物为大颗粒活性材料，所述p2型过渡金属氧化物为小颗粒活性材料。

7.如权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述正极活性材料含有过渡金属氧化物和聚阴离子化合物；

8.如权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述正极活性材料具有以下一种或多种特征：

9.如权利要求8所述的正极材料，其特征在于，所述o3型过渡金属氧化物的化学式为na1.0ni0.33fe0.33mn0.34o2；和/或

10.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料具有以下一种或多种特征：

11.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片的正极材料层中含有如权利要求1-10中任一项所述的正极材料。

12.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池含有权利要求1-10中任一项所述的正极材料和/或权利要求11所述的正极极片。

13.如权利要求12所述的钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池具有以下一项或多项特征：

14.如权利要求1-10所述的正极材料和/或权利要求11所述的正极极片在提高钠离子电池循环性能和/或放电容量中的应用。

15.一种制备循环性能和放电容量提高的钠离子电池的方法，其特征在于，所述方法包括使用权利要求1-10所述的正极材料制备所述钠离子电池的正极极片的步骤，或使用权利要求11所述的正极极片制备所述钠离子电池的步骤。

技术总结
本发明提供一种钠离子正极材料，所述正极材料包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述正极活性材料为大颗粒活性材料和小颗粒活性材料；其中，所述大颗粒活性材料的粒径D50为5‑20um，小颗粒活性材料的粒径D50为30nm‑600nm，所述大颗粒活性材料与所述小颗粒活性材料的粒径比为10～500，所述大颗粒活性材料与所述小颗粒活性材料的质量比为10～70。本发明还提供含有所述正极材料的正极极片和钠离子电池及其应用。本发明的制备工艺简单，通过简单的物理混合即可达到应有的效果，同时兼具高克容量及高循环的特性。

技术研发人员：高纪凡,李顺利,卢林,李庆玲,刘何丽
受保护的技术使用者：江苏天合储能有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15