一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及钠离子电池，尤其是涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池(libs)因其高能量密度、高电极电位、稳定的循环性能以及环保友好性等显著优势而被广泛应用于电动汽车和电子设备等，但近年来锂源限制问题导致锂离子电池正极材料价格居高不下，而钠离子电池因与锂离子电池具有相类似的工作原理，且钠源成本低廉、资源丰富，也越来越受到关注，因此开发出性能优异的钠离子电池正极材料尤为重要。

2、大量研究表明，许多层状金属氧化物、氟磷酸盐、普鲁士蓝类似物、磷酸盐、硫酸盐和羰基化合物可作为正极材料，其中，由于磷酸盐基框架导致的固有电子电导率差，使得磷酸钒钠正极循环性能及其倍率性能不令人满意，并伴随有低库仑效率和高内阻等问题。尤其是在低温下工作时，离子扩散动力学的降低和电化学极化的增加会导致电化学性能的快速衰退。

3、因此，有必要开发一种新的钠离子电池正极材料。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面提出一种钠离子电池正极材料，能够有效提高其低温环境下的循环性能。

2、本发明第二方面还提供一种钠离子电池正极材料的制备方法。

3、本发明第三方面还提供一种钠离子电池正极材料的应用。

4、根据本发明的第一方面实施例提供的钠离子电池正极材料，包括活性层和包覆层，所述活性层的材料的结构通式为na3v2-xzrx(po4)3/c，0.2≤x≤0.45；所述包覆层为聚丙烯酰胺包覆层。

5、根据本发明实施例的钠离子电池正极材料，至少具有如下有益效果：

6、本发明提供的钠离子电池正极材料在低温状态下的还具有高的循环稳定性。这是因为本发明引入zr4+，并限定0.2≤x≤0.45，减缓了晶体在充放电过程中的扭曲坍塌，有利于扩展晶格中的离子迁移路径，提升了离子扩散动力学和降低电化学极化，从而增强低温下的电化学性能。另外，聚丙烯酰胺(polyacrylamide，pam)具有良好的黏附性和稳定性，其作为正极材料的包覆层可以形成一层保护膜，有效阻止正极材料与电解质之间的不良反应，提升材料在低温条件下的循环性能和稳定性。此外，pam还能改善正极材料的机械稳定性，减缓容量衰减速率，进一步提高循环稳定性，能够提高长期循环的容量保持率。

7、根据本发明的一些实施例，所述聚丙烯酰胺包覆层与所述活性层的质量比为(0.5～5)：100。

8、根据本发明的一些实施例，所述聚丙烯酰胺包覆层与所述活性层的质量比为(1～3)：100。

9、根据本发明的第二方面实施例提供的所述的钠离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

10、s1、将钒源化合物、钠源化合物、磷源化合物、锆源化合物和还原剂混合进行反应，得到前驱体；

11、s2、将前驱体进行煅烧得到活性层；将活性层与聚丙烯酰胺溶液混合，干燥即得。

12、根据本发明的一些实施例，步骤s2中，所述煅烧的温度为400～600℃。

13、根据本发明的一些实施例，步骤s2中，所述煅烧的时间为2～6h。

14、根据本发明的一些实施例，所述钒源化合物包括偏钒酸铵、五氧化二钒中的一种。

15、根据本发明的一些实施例，所述磷源化合物包括磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵中的一种。

16、根据本发明的一些实施例，所述钠源包括氟化钠、碳酸钠、磷酸二氢钠中的一种。

17、根据本发明的一些实施例，所述还原剂包括柠檬酸、草酸、葡萄糖中的一种。

18、根据本发明的一些实施例，步骤s2中，所述干燥的温度为60～100℃。

19、根据本发明的一些实施例，步骤s2中，所述干燥的时间为4～10h。

20、本发明第三方面提供一种正极极片，包括上述所述的正极材料。

21、根据本发明的一些实施例，所述正极极片中还含有导电剂、粘结剂，所述钠离子电池正极材料、导电剂和粘结剂的质量比为(60～98)wt％：(1～39)wt％：(1～39)wt％。

22、根据本发明的一些实施例，所述的导电剂为炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。

23、根据本发明的一些实施例，所述的粘结剂包括聚偏二氟乙烯、羧甲基纤维素钠中的至少一种。

24、本发明第四方面提供一种钠离子电池，包括上述所述的正极极片。

25、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

技术特征：

1.一种钠离子电池正极材料，其特征在于，包括活性层和包覆层，所述活性层的材料的结构通式为na3v2-xzrx(po4)3/c，0.2≤x≤0.45；所述包覆层为聚丙烯酰胺包覆层。

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，所述聚丙烯酰胺包覆层与所述活性层的质量比为(0.5～5)：100。

3.根据权利要求1或2所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述聚丙烯酰胺包覆层与所述活性层的质量比为(1～3)：100。

4.根据权利要求1～3任一项所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述煅烧的温度为400～600℃。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述煅烧的时间为2～6h。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钒源化合物包括偏钒酸铵、五氧化二钒中的一种；

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述干燥的温度为60～100℃。

9.一种正极极片，其特征在于，包括权利要求1～3任一项所述的正极材料。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的正极极片。

技术总结
本发明公开了一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用，本发明的正极材料包括活性层和包覆层，所述活性层的材料的结构通式为Na3V2‑xZrx(PO4)3/C，0.2≤x≤0.45；所述包覆层为聚丙烯酰胺包覆层。本发明提供的钠离子电池正极材料在低温状态下的还具有高的循环稳定性。这是因为本发明引入Zr4+，并限定0.2≤x≤0.45，从而增强低温下的电化学性能。另外，聚丙烯酰胺具有良好的黏附性和稳定性，其作为正极材料的包覆层可以形成一层保护膜，有效阻止正极材料与电解质之间的不良反应，提升材料在低温条件下的循环性能和稳定性。进一步提高循环稳定性，能够提高长期循环的容量保持率。

技术研发人员：邵俊华,张利娟,李海杰,张勇来,林召强,李强,刘广利,陈亮,蒋小云,陀家明,熊小寒,张剑超,张永辉,陈乐乐,田斌,邵家磊,邱燕妮
受保护的技术使用者：柳州法恩赛克新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17