一种正极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种正极材料及其制备方法和应用，属于二次电池。

背景技术：

1、新能源行业快速发展，钠电层状正极材料由于具备高容量、低成本、易加工等性能，量产的节奏越来越快，但是钠电层状正极材料中的镍铁锰材料在空气中的稳定性差，使得包括钠电层状正极材料的电池在循环过程中容易产气过多，从而引发安全风险。

2、现有技术一方面通过对钠电正极材料进行水洗以改善包括该钠电正极材料的电池循环产气现象，然而水洗会复杂化钠电正极材料的制备工序，增加制造成本；另一方面通过降低电池的工作电压改善电池循环过程中产气的现象，然而在降低电池的工作电压的同时，电池的容量也会降低，不利于电池的能量密度；还通过向钠电正极材料中掺杂能够限制钠电正极材料表面氧化的元素，然而掺杂会影响钠电正极材料中钠离子的脱嵌，从而影响电池的能量密度。

技术实现思路

1、本发明提供一种正极材料，该正极材料在应用于电池时，可以避免电池循环产气，提高电池的循环性能，还可以提高电池的能量密度。

2、本发明提供一种上述正极材料的制备方法，该制备方法可以制备出上述的正极材料，并且该制备方法操作简单，适用于广泛推广应用。

3、本发明提供一种电池，包括上述的正极材料，该电池具有优异的循环性能以及能量密度。

4、本发明提供一种正极材料，其中，所述正极材料包括内核以及设置在所述内核至少部分表面的包覆层；

5、所述内核包括分子式为naanibfecmndleo2的层状氧化物，所述包覆层包括含有m元素的无机盐；

6、其中，0.85≤a≤1.05,0.1≤b≤0.5，0.1≤c≤0.4，0.1≤d≤0.4，0≤e≤0.2；

7、m选自c、cl、s、f、n、w以及p中的至少一种，l选自cu以及zn中的至少一种，所述正极材料中，m元素的摩尔含量为0.001-0.02；

8、正极材料本体中钠元素的质量在正极材料中钠元素的质量中的占比＞98％。

9、如上所述的正极材料，其中，所述正极材料的表面，碳酸根的含量≤8000ppm，氢氧根的含量≤1500ppm。

10、如上所述的正极材料，其中，在第一状态下，正极材料的表面碳酸根含量a1，正极材料的表面氢氧根含量b1；在第二状态下，正极材料的表面碳酸根含量a2，正极材料的表面氢氧根含量b2，满足：

11、((a2+b2)-(a1+b1))/(a1+b1)＜40％；

12、其中，所述第一状态指的是所述正极材料在空气中放置4h后的状态；

13、所述第二状态指的是所述正极材料在空气中放置10h后的状态。

14、如上所述的正极材料，其中，所述正极材料的x射线衍射图谱中具有2θ归属于16.4°-16.6°的003特征峰。

15、如上所述的正极材料，其中，正极材料本体中钠元素的质量在正极材料中钠元素的质量中的占比＞98％。

16、如上所述的正极材料，其中，所述正极材料的ph＜13。

17、如上所述的正极材料，其中，所述包覆层的厚度小于等于50nm。

18、本发明提供一种如上所述的正极材料的制备方法，其中，所述正极材料通过对包括所述内核以及包括m元素的酸性物质的原料体系进行第一烧结处理得到；

19、所述内核通过包括以下步骤的方法制备得到：

20、对至少包括镍元素、锰元素以及铁元素的前驱体以及钠源进行第二烧结处理，得到中间正极材料；

21、对所述中间正极材料以及钠源进行第三烧结处理，得到所述内核；

22、所述第三烧结处理中，钠元素的摩尔含量与中间正极材料中过渡金属元素的摩尔含量之比为(0.1-0.3)：1。

23、如上所述的制备方法，其中，所述原料体系中，所述酸性物质的质量百分含量为0.1-2％；和/或，

24、所述第二烧结处理中，钠元素的摩尔含量与前驱体中过渡金属元素的摩尔含量之比为(0.7-0.9)：1。

25、本发明提供一种电池，其中，包括如上所述的正极材料。

26、本发明的正极材料，其特殊的组成使得其应用于电池中时，电池在循环过程中不容易产气，具有优异的循环性能，并且具有优异的能量密度。

27、本发明的正极材料的制备方法，通过三次烧结处理，可以得到上述的正极材料，该制备方法操作简单，适用于广泛推广应用。

28、本发明的电池，包括上述的正极材料，该电池在长期循环中不容易产气，具有优异的循环性能，并且该电池还具有优异的能量密度。

技术特征：

1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括内核以及设置在所述内核至少部分表面的包覆层；

2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的表面，碳酸根的含量≤8000ppm，氢氧根的含量≤1500ppm。

3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，在第一状态下，正极材料的表面碳酸根含量a1，正极材料的表面氢氧根含量b1；在第二状态下，正极材料的表面碳酸根含量a2，正极材料的表面氢氧根含量b2，满足：

4.根据权利要求1-3任一项所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的x射线衍射图谱中具有2θ归属于16.4°-16.6°的003特征峰。

5.根据权利要求1-4任一项所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的ph＜13。

6.根据权利要求1-5任一项所述的正极材料，其特征在于，所述包覆层的厚度小于等于50nm。

7.一种权利要求1-6任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述原料体系中，所述酸性物质的质量百分含量为0.1-2％。

9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述第二烧结处理中，钠元素的摩尔含量与前驱体中过渡金属元素的摩尔含量之比为(0.7-0.9)：1。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的正极材料。

技术总结
本发明提供一种正极材料及其制备方法和应用。正极材料包括内核以及设置在所述内核至少部分表面的包覆层；所述内核包括分子式为Na<subgt;a</subgt;Ni<subgt;b</subgt;Fe<subgt;c</subgt;Mn<subgt;d</subgt;L<subgt;e</subgt;O<subgt;2</subgt;的层状氧化物，所述包覆层包括含有M元素的无机盐；其中，0.85≤a≤1.05,0.1≤b≤0.5，0.1≤c≤0.4，0.1≤d≤0.4，0≤e≤0.2；M选自C、Cl、S、F、N、W以及P中的至少一种，L选自Cu、Zn中的至少一种，正极材料中，M元素的摩尔含量为0.001‑0.02，正极材料本体中钠元素的质量在正极材料中钠元素的质量中的占比＞98％。该正极材料在应用于电池时，可以避免电池循环产气，提高电池的循环性能，还可以提高电池的能量密度。

技术研发人员：孙国征,张文飞,徐建康,王尊志,于建,刘瑞,佘圣贤
受保护的技术使用者：宁波容百新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19