钠离子电池正极材料的包覆材料、钠离子电池正极材料及制备方法、钠离子电池、涉电设备与流程

本申请涉及钠离子正极材料，具体而言，涉及钠离子电池正极材料的包覆材料、钠离子电池正极材料及制备方法、钠离子电池、涉电设备。

背景技术：

1、目前，钠离子电池的正极材料主要有以下三类：层状结构氧化物、聚阴离子化合物及普鲁士蓝化合物。其中，层状结构氧化物钠离子电池正极材料具有高比容量，但其较差的充放电可逆性、结构稳定性阻碍了其进一步发展，而包覆作为界面改性策略之一可以有效改善上述问题。通过在正极材料表面构建保护屏障，可以避免活性材料与电解液直接接触发生侵蚀、减少副反应，显著提高表面结构的稳定性。

2、目前通常使用一些氧化物等对钠离子电池正极材料进行包覆，此方法虽然对材料的循环有一定提升，但由于其离子电导率低的缺点，会使得表面钠离子的扩散受到一定的阻碍，不利于倍率性能的改善。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种钠离子电池正极材料的包覆材料、钠离子电池正极材料及其制备方法、钠离子电池和涉电设备，以解决上述问题。

2、本申请解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。

3、第一方面，本申请提供一种钠离子电池正极材料的包覆材料，所述包覆材料包括naxbiy(po4)z，其中x+3y-3z＝0。

4、在可选的实施方式中，所述包覆材料满足：2≤x≤4；0.6≤x/y≤3；0.5≤x/z≤1.5；可选的，所述包覆材料包括na3bi2(po4)3、na3bi(po4)2和na3bi5(po4)6中的至少一种。

5、在可选的实施方式中，所述包覆材料的粒度d50为50-800nm；

6、和/或，所述包覆材料的比表面积为5-20m2/g。

7、第二方面，本申请提供一种钠离子电池正极材料，所述钠离子电池正极材料包括内核和包覆所述内核的包覆层；

8、所述包覆层包括前述任意一项所述的包覆材料。

9、在可选的实施方式中，所述钠离子电池正极材料中所述包覆层占所述内核的质量分数为0.01wt％-6wt％；

10、和/或，所述包覆层的厚度为1-20nm；

11、和/或，所述包覆层中bi离子的浓度从所述正极材料内部到表面逐渐增加；

12、和/或，所述内核包括nabmo2，其中0.6<b<1.1，m为过渡金属元素；可选地，所述m包括ni、co、mn、ti、cu、fe、zn、mg、ca、al、sb、bi和sn元素中的至少一种；

13、和/或，所述钠离子电池正极材料的ph值为≤13.25；可选地，所述钠离子电池正极材料的ph值为11-13.25；

14、和/或，所述钠离子电池正极材料碳酸根含量为≤1.90wt％；可选地，所述钠离子电池正极材料碳酸根含量为0.5wt％-1.90wt％；

15、和/或，所述钠离子电池正极材料的粒径d50为3-15μm。

16、第三方面，本申请提供一种如前述任意一项所述的钠离子电池正极材料的制备方法，在所述内核上包覆含有naxbiy(po4)z材料的包覆层，得到所述钠离子电池正极材料。

17、在可选的实施方式中，所述方法满足以下a～c条件中的一个或多个：

18、a.所述包覆为非原位包覆：将所述内核与naxbiy(po4)z混合后进行第一煅烧，得到含有naxbiy(po4)z包覆层的所述钠离子电池正极材料；

19、b.所述包覆为原位包覆：将所述内核、含bi金属的化合物与含po43-的化合物混合后进行第二煅烧，得到含有naxbiy(po4)z包覆层的所述钠离子电池正极材料；

20、c.所述方法还包括naxbiy(po4)z的制备：将钠源、含bi金属的化合物与含po43-的化合物混合后进行第三煅烧，得到所述naxbiy(po4)z。

21、在可选的实施方式中，所述naxbiy(po4)z的制备步骤中第三煅烧温度为650-1100℃；可选的，以1-5℃/min的升温速率升温至第三煅烧温度；

22、和/或，所述第三煅烧时间为3-20h，所述第三煅烧气氛为空气或氧气；

23、和/或，所述钠源与所述含po43-的化合物添加的摩尔量按照化学计量比过量1％-10％。

24、在可选的实施方式中，所述方法满足以下d～i条件中的一个或多个：

25、d.所述含bi金属的化合物为氧化铋、碳酸铋中的至少一种；

26、e.所述钠源包括na2co3、naoh和nahco3中的至少一种；

27、f.所述第一煅烧时间为3-20h，第一煅烧气氛为空气或氧气；

28、g.所述第一煅烧温度为500-900℃；可选的，以1-5℃/min的升温速率升温至第一煅烧温度；

29、h.所述第二煅烧时间为3-20h，第二煅烧气氛为空气或氧气；

30、i.所述第二煅烧温度为600-1100℃；可选的，以1-5℃/min的升温速率升温至第二煅烧温度。

31、第四方面，本申请提供一种钠离子电池，所述钠离子电池包括如前述任一项所述的钠离子电池正极材料或如前述任一项所述的钠离子电池正极材料。

32、第五方面，本申请提供一种涉电设备，所述涉电设备包括前述的钠离子电池。

33、本申请提供的包覆材料微溶于水、空气稳定性高、离子导电性高，用于钠离子电池正极材料的包覆材料时，所得正极材料的储存性能、界面稳定性和钠离子扩散能力均可得到有效提升，还可以有效减少循环过程中正极材料与电解液的接触面积、缓解电极材料之间的副反应，进而改善电池的电化学性能。

34、本申请提供的钠离子电池正极材料的制备方法，相较湿法工艺，更利于产业化，且包覆材料形成温度和熔融温度较低，可大幅度降低制备包覆材料的难度及能源消耗，且有利于包覆过程中在正极材料表面顺利铺展，形成的包覆层具有分布均匀、覆盖完整等特点。

技术特征：

1.一种钠离子电池正极材料的包覆材料，其特征在于，所述包覆材料包括naxbiy(po4)z，其中x+3y-3z＝0。

2.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料的包覆材料，其特征在于，所述包覆材料满足：2≤x≤4；0.6≤x/y≤3；0.5≤x/z≤1.5；可选地，所述包覆材料包括na3bi2(po4)3、na3bi(po4)2和na3bi5(po4)6中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料的包覆材料，其特征在于，所述包覆材料的粒度d50为50-800nm；

4.一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述钠离子电池正极材料包括内核和包覆所述内核的包覆层；

5.根据权利要求4所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述钠离子电池正极材料中所述包覆层占所述内核的质量分数为0.01wt％-6wt％；

6.一种如权利要求4-5任意一项所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在所述内核上包覆含有naxbiy(po4)z材料的包覆层，得到所述钠离子电池正极材料。

7.根据权利要求6所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法满足以下a～c条件中的一个或多个：

8.根据权利要求7所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述naxbiy(po4)z的制备步骤中第三煅烧温度为650-1100℃；可选地，以1-5℃/min的升温速率升温至第三煅烧温度；

9.根据权利要求7或8所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法满足以下d～i条件中的一个或多个：

10.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池包括如权利要求4～5中任一项所述的钠离子电池正极材料或如权利要求6～9中任一项所述的钠离子电池正极材料。

11.一种涉电设备，其特征在于，所述涉电设备包括如权利要求10所述的钠离子电池。

技术总结
本申请公开了钠离子电池正极材料的包覆材料、钠离子电池正极材料及制备方法、钠离子电池、涉电设备，包覆材料包括Na<subgt;x</subgt;Bi<subgt;y</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;z</subgt;，其中x+3y‑3z＝0。本申请提供的包覆材料微溶于水、空气稳定性高、离子导电性高，用于钠离子电池正极材料的包覆材料时，所得正极材料的储存性能、界面稳定性和钠离子扩散能力均可得到有效提升，还可以有效减少循环过程中正极材料与电解液的接触面积、缓解电极材料之间的副反应，进而改善电池的电化学性能。

技术研发人员：艾延龄,訚硕,李晓轩,毛学良,刘时九,王永康
受保护的技术使用者：中伟新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17