钠电层状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正极材料，特别是涉及钠电层状正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近几年，新能源产业快速发展，钠离子电池因为具备低成本、制备方法简单、性能优异等特点备受关注，其中镍锌铁锰钠层状氧化物作为钠电层状正极材料，由于成本低廉、加工性能和循环性能优异，备受关注，但是其电导率偏低，12mpa下的粉末电阻在50000ω·cm以上，对应制得的钠离子电池的电芯内阻大，产热严重，导致工业化放大时风险较大。鉴于此，改善镍锌铁锰钠层状氧化物的电子电导率，从而降低电芯内阻，显得极为迫切。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种钠电层状正极材料及其制备方法和应用，该钠电层状正极材料在12mpa下的粉末电阻降低到30000ω·cm以下，极大的减少了对应制得的钠离子电池中电芯的产热，有效的提高了安全性。

2、本发明公开了一种钠电层状正极材料，所述钠电层状正极材料由内而外包括内核、惰性包覆层以及碳包覆层；

3、其中，所述内核的化学通式为naanibzncfedmneo2，0.80≤a≤0.90，0.20≤b≤0.50，0.05≤c≤0.20，0.20≤d≤0.40，0.20≤e≤0.40，所述内核表面co32-含量小于或等于1wt%，oh-含量小于或等于0.12wt%，所述惰性包覆层包括x元素的氧化物和/或所述氧化物与所述内核表面的碱反应生成的盐，所述惰性包覆层与所述碳包覆层之间的剥离强度大于或等于0.01n/m。

4、在一实施方式中，所述x元素包括al、si、mg、ca、ti、y或w中的至少一种。

5、在一实施方式中，所述惰性包覆层的厚度小于或等于50nm。

6、在一实施方式中，所述碳包覆层的材料包括炭黑、碳纳米管或石墨烯中的至少一种。

7、在一实施方式中，所述碳包覆层在所述钠电层状正极材料中的质量分数为0.5%-1.5%。

8、一种如上述的钠电层状正极材料的制备方法，包括如下步骤：

9、将na源与通式为nibzncfedmne(oh)2的前驱体按照a:1的摩尔比混合得到混合料，对所述混合料进行第一次烧结，粉碎烧结的产物，得到第一中间体，其中，0.80≤a≤0.90，0.20≤b≤0.50，0.05≤c≤0.20，0.20≤d≤0.40，0.20≤e≤0.40；

10、水洗所述第一中间体直至ph小于10，得到内核；

11、将x元素的氧化物与所述内核混合进行第二次烧结，在所述内核的表面形成惰性包覆层，得到第二中间体，其中，所述x元素的氧化物能够与所述内核表面的碱反应；

12、将碳源与所述第二中间体混合，在惰性气体的保护下进行第三次烧结，在所述第二中间体的表面形成碳包覆层，得到钠电层状正极材料，其中，所述碳源与所述第二中间体的质量比大于0.2:100，且小于2.0:100，所述第三次烧结的温度为100℃-300℃。

13、在一实施方式中，水洗所述第一中间体的步骤中，水与所述第一中间体的质量比为0.6:1-1:1。

14、在一实施方式中，将x元素的氧化物与所述内核混合进行第二次烧结的步骤，还满足以下条件中的至少一个：

15、（1）所述x元素的氧化物与所述内核的摩尔比为0.05:100-0.5:100；

16、（2）所述第二次烧结的温度为400℃-600℃。

17、在一实施方式中，将碳源与所述第二中间体混合进而第三次烧结的步骤，所述碳源与所述第二中间体的质量比为0.5:100-1.5:100。

18、一种钠离子电池正极片，包括如上述的钠电层状正极材料。

19、一种钠离子电池，包括如上述的钠离子电池正极片。

20、一种用电设备，包括如上述的钠离子电池。

21、本发明提供的钠电层状正极材料，通过控制内核的钠含量以及内核表面的co32-以及oh-含量，不仅能够提高钠电层状正极材料的导电性，还能够使惰性包覆层更完整的包覆于内核表面；惰性包覆层不仅能够与内核表面的碱反应，进一步降低内核表面的碱含量，还能够在不降低电子隧道效应的同时，改善界面稳定性；另外，惰性包覆层中的x元素能够提高惰性包覆层与碳包覆层的结合强度和润湿性，从而使碳包覆层与惰性包覆层之间的剥离强度能够达到0.01n/m以上，使碳包覆层牢固的包覆于惰性包覆层上；与此同时，碳包覆层进一步提高了钠电层状正极材料的电导率；最终，使钠电层状正极材料在12mpa下的粉末电阻降低到30000ω·cm以下，极大的减少了对应制得的钠离子电池中电芯的产热，有效的提高了安全性。

技术特征：

1.一种钠电层状正极材料，其特征在于，所述钠电层状正极材料由内而外包括内核、惰性包覆层以及碳包覆层；

2.根据权利要求1所述的钠电层状正极材料，其特征在于，所述x元素包括al、si、mg、ca、ti、y或w中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的钠电层状正极材料，其特征在于，所述惰性包覆层的厚度小于或等于50nm。

4.根据权利要求1至权利要求3任一项所述的钠电层状正极材料，其特征在于，所述碳包覆层的材料包括炭黑、碳纳米管或石墨烯中的至少一种。

5.根据权利要求1至权利要求3任一项所述的钠电层状正极材料，其特征在于，所述碳包覆层在所述钠电层状正极材料中的质量分数为0.5%-1.5%。

6.一种如权利要求1至权利要求5任一项所述的钠电层状正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的钠电层状正极材料的制备方法，其特征在于，水洗所述第一中间体的步骤中，水与所述第一中间体的质量比为0.6:1-1:1。

8.根据权利要求6所述的钠电层状正极材料的制备方法，其特征在于，将x元素的氧化物与所述内核混合进行第二次烧结的步骤，还满足以下条件中的至少一个：

9.根据权利要求6所述的钠电层状正极材料的制备方法，其特征在于，将碳源与所述第二中间体混合进而第三次烧结的步骤，所述碳源与所述第二中间体的质量比为0.5:100-1.5:100。

10.一种钠离子电池正极片，其特征在于，包括如权利要求1至权利要求5任一项所述的钠电层状正极材料。

11.一种钠离子电池，其特征在于，包括如权利要求10所述的钠离子电池正极片。

12.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求11所述的钠离子电池。

技术总结
本发明涉及一种钠电层状正极材料及其制备方法和应用。该钠电层状正极材料由内而外包括内核、惰性包覆层以及碳包覆层；其中，内核的化学通式为Na<subgt;a</subgt;Ni<subgt;b</subgt;Zn<subgt;c</subgt;Fe<subgt;d</subgt;Mn<subgt;e</subgt;O<subgt;2</subgt;，0.80≤a≤0.90，0.20≤b≤0.50，0.05≤c≤0.20，0.20≤d≤0.40，0.20≤e≤0.40，内核表面CO<subgt;3</subgt;<supgt;2‑</supgt;含量小于或等于1wt%，OH<supgt;‑</supgt;含量小于或等于0.12wt%，惰性包覆层包括X元素的氧化物和/或氧化物与内核表面的碱反应生成的盐，惰性包覆层与碳包覆层之间的剥离强度大于或等于0.01N/m。该钠电层状正极材料在12Mpa下的粉末电阻降低到30000Ω·cm以下，极大的减少了对应制得的钠离子电池中电芯的产热，有效的提高了安全性。

技术研发人员：孙国征,张文飞,徐建康,王尊志,于建,刘瑞
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：2024/2/6