CN115602814A - 正极材料、钠离子电池及用电设备 - Google Patents

正极材料、钠离子电池及用电设备 Download PDF

Info

Publication number
CN115602814A
CN115602814A CN202211280705.4A CN202211280705A CN115602814A CN 115602814 A CN115602814 A CN 115602814A CN 202211280705 A CN202211280705 A CN 202211280705A CN 115602814 A CN115602814 A CN 115602814A
Authority
CN
China
Prior art keywords
positive electrode
electrode material
ion battery
layered oxide
core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211280705.4A
Other languages
English (en)
Inventor
邓常健
安黎
张耀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sunwoda Electric Vehicle Battery Co Ltd
Original Assignee
Sunwoda Electronic Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sunwoda Electronic Co Ltd filed Critical Sunwoda Electronic Co Ltd
Priority to CN202211280705.4A priority Critical patent/CN115602814A/zh
Publication of CN115602814A publication Critical patent/CN115602814A/zh
Priority to PCT/CN2023/114852 priority patent/WO2024082817A1/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00—Compounds of nickel
    • C01G53/006—Compounds containing, besides nickel, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/11—Powder tap density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明实施例公开了一种正极材料、钠离子电池及用电设备。正极材料包括正极材料颗粒，所述正极材料颗粒具有核壳结构，所述核包括P2相层状氧化物，所述壳包括O3相层状氧化物，进而可以使得O3相层状氧化物为钠离子电池提供充足的活性钠离子，以提升钠离子电池的首次库伦效率，同时由于O3相层状氧化物的晶体结构稳定且电化学性能可逆，在环境中吸水后可以进行烘干再生，而内核包括P2相层状氧化物，进而保证了钠离子电池具有优异的倍率性能。

Description

正极材料、钠离子电池及用电设备
技术领域
本发明涉及钠离子电池技术领域，尤其涉及一种正极材料、钠离子电池及用电设备。
背景技术
钠离子电池是一种二次电池，其主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来进行工作。钠离子电池与锂离子电池工作原理类似，充电时，钠离子从正极脱出经过电解质嵌入负极，同时电子的补偿电荷经外电路供给负极，以保证正负极电荷的平衡；而放电时则相反，钠离子从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极。
由于钠的储量丰富、分布广泛、成本低廉、无发展瓶颈、环境友好，而且钠离子电池可以兼容锂离子电池现有生产设备，且钠离子电池具有较好的功率特性、宽温度范围适应性、安全性能以及无过放电问题，同时钠离子电池的正负极均可采用铝箔集流体构造双极性电池，以进一步提升钠离子电池的能量密度。但现有钠离子电池存在无法兼具首次库伦效率高和倍率性能优异的问题。
因此，如何提供一种首次库伦效率高且倍率性能优异的钠离子电池是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种正极材料、钠离子电池及用电设备，进而可以使得钠离子电池的首次库伦效率高且倍率性能优异。
第一方面，本发明实施例提供了一种正极材料，其包括正极材料颗粒，所述正极材料颗粒具有核壳结构，所述核包括P2相层状氧化物，所述壳包括O3相层状氧化物。
进一步地，在所述的正极材料中，所述正极材料的分子式包括：NaxMO2，其中0.67<x<0.85，M包括过渡金属元素、碱金属元素中的一种或多种。
更进一步地，在所述的正极材料中，M包括铁元素、镍元素、锂元素、铜元素、锌元素、钴元素、钛元素、锰元素中的一种或多种。
更进一步地，在所述的正极材料中，所述O3相层状氧化物所在的壳中Na/M元素原子个数比A为0.9<A<1.0。
更进一步地，在所述的正极材料中，所述P2相层状氧化物所在的核中Na/M元素原子个数比a为0.5<a<0.8。
进一步地，在所述的正极材料中，所述正极材料的粒径分布Dv50为1μm～20μm。
进一步地，在所述的正极材料中，所述正极材料的比表面积为0.5m2/g～10m2/g。
进一步地，在所述的正极材料中，所述正极材料在40KN压力下的粉体压实密度为2g/cm3～3.5g/cm3。
第二方面，本发明实施例还提供了一种钠离子电池，其包括：正极极片、负极极片、隔膜以及电池电解液；其中，正极极片包括第一方面所述的正极材料。
第三方面，本发明实施例还提供了一种用电设备，其包括第二方面所述的钠离子电池。
应用本申请的技术方案，通过将正极材料颗粒设计成O3相层状氧化物包覆P2相层状氧化物的核壳结构，进而可以使得O3相层状氧化物为钠离子电池提供充足的活性钠离子，以提升钠离子电池的首次库伦效率，同时由于O3相层状氧化物的晶体结构稳定且电化学性能可逆，在环境中吸水后可以进行烘干再生，而内核包括P2相层状氧化物，进而保证了钠离子电池具有优异的倍率性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的正极材料的形貌结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如本申请背景技术所分析的，现有的钠离子电池无法同时具备首次库伦效率高且倍率性能优异的技术问题，为解决上述技术问题，本申请提供了一种正极材料、钠离子电池及用电设备。
如图1所示，在本申请的一种实施方式中，提供了一种正极材料，其包括正极材料颗粒，正极材料颗粒具有核壳结构，其核包括P2相层状氧化物，其壳包括O3相层状氧化物。
具体的，正极材料颗粒包括P2相层状氧化物和设置在所述P2相层状氧化物至少部分表面的O3相层状氧化物，正极材料颗粒可以为颗粒状的球型结构，其核与正极材料颗粒的直径比可以为(0.95～0.98)：1。P2相层状氧化物的空间群为P63/mmc，晶胞参数为
Figure BDA0003898144190000031
占比为95-98％；O3相层状氧化物的空间群为R-3m，晶胞参数
Figure BDA0003898144190000032
占比为2％-5％。所述占比可采用XRD测试得到。
可以理解，正极材料颗粒的形状不仅仅限于球型颗粒状，还可以为其他形状，正极材料颗粒的核与其直径比包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内可进一步提高钠离子电池的首次库伦效率，而且还可进一步提高钠离子电池的倍率性能。
应用本申请的技术方案，O3相层状氧化物可以为钠离子电池提供充足的活性钠离子，以提升钠离子电池的首次库伦效率，同时由于O3相层状氧化物的晶体结构稳定且电化学性能可逆，在环境中吸水后可以进行烘干再生，而内核包括P2相层状氧化物，进而保证了钠离子电池具有优异的倍率性能。
在一些实施例中，正极材料的分子式包括NaxMO2，其中0.67<x<0.85，M可以为过渡金属元素、碱金属元素中的一种或多种。
在一些实施例中，正极材料的分子式包括NaxMO2，其中x为0.68、0.69、0.70、0.71、0.72、0.73、0.74、0.75、0.76、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0.84或由上述任意两个数值所组成的范围。
其中，M可以由P2相层状氧化物提供，也可以由O3相层状氧化物，还可以由P2相层状氧化物以及O3相层状氧化物同时提供。例如，当O3相层状氧化物为碳酸钠时，钠离子电池正极材料的内核和外壳中的M元素则均由P2相层状氧化物提供，即O3相层状氧化物在对P2相层状氧化物进行包覆过程中进行充分混合后，P2相层状氧化物中的M元素则会迁移至正极材料的外壳中。
在一些更具体的实施例中，M包括铁元素、镍元素、锂元素、铜元素、锌元素、钴元素、钛元素、锰元素等中的一种或多种。
在一些实施例中，O3相层状氧化物中Na/M元素原子个数比A可以为0.9<A<1.0，通过将O3相层状氧化物中Na/M元素原子个数比A提高至0.9以上，进一步提高了钠离子电池的首次库伦效率。
在一些实施例中，O3相层状氧化物中Na/M元素原子个数比A为0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99或由上述任意两个数值所组成的范围。
同时，为了进一步保证钠离子电池的首次库伦效率高以及具备优异的倍率性能，所述P2相层状氧化物中Na/M元素原子个数比a可以为0.5<a<0.8。
在一些实施例中，P2相层状氧化物中Na/M元素原子个数比a为0.51、0.52、0.53、0.54、0.55、0.56、0.57、0.58、0.59、0.60、0.61、0.62、0.63、0.64、0.65、0.66、0.67、0.68、0.69、0.70、0.71、0.72、0.73、0.74、0.75、0.76、0.77、0.78、0.79或由上述任意两个数值所组成的范围。
典型但非限制性的，P2相层状氧化物可以为Na2/3Ni1/3Mn2/3O2、Na4/9Mn1O2、Na2/3Ni1/ 3Fe1/3Mn1/3O2等中的一种或多种，O3相层状氧化物可以为NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2、NaNi2/9Cu1/ 9Fe1/3Mn1/3O2、NaOH、Na2CO3、NaHCO3、NaNi1/2Mn1/2O2等中的一种或多种。
在一些实施例中，为了进一步提高正极材料颗粒的均匀性，正极材料的粒径分布Dv50为1μm～20μm。
在一些实施例中，正极材料的粒径分布Dv50为5μm～12μm。此时正极材料颗粒的均匀性更好，能有效的提高钠离子电池的首次库伦效率和倍率性能。
可以理解，正极材料的粒径分布Dv50包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内可进一步提高正极材料颗粒的均匀性，进而能有效的提高钠离子电池的首次库伦效率和倍率性能。
在一些实施例中，为了进一步提高钠离子电池的电化学性能，正极材料的比表面积为0.5m2/g～10m2/g。
在一些实施例中，正极材料的比表面积为0.8m2/g～7m2/g。
在一些实施例中，正极材料的比表面积为1m2/g～5m2/g。可以进一步提高钠离子电池的首次库伦效率以及倍率性能。
可以理解，钠离子电池正极材料的比表面积包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内可进一步提高钠离子电池的电化学性能，进而能有效的提高钠离子电池的首次库伦效率和倍率性能。
在一些实施例中，正极材料在40KN压力下的粉体压实密度为2g/cm3～3.5g/cm3。
在一些实施例中，本申请还提供了一种正极材料的制备方法，其包括以下步骤：
S10、将P2相层状氧化物的前驱体进行烧结，得到正极材料颗粒的核；
S20、将正极材料颗粒的核与O3相层状氧化物进行混合，得到正极材料的前驱体；
S30、将正极材料的前驱体进行烧结，得到正极材料。
具体的，P2相层状氧化物的前驱体可以由钠源与过渡金属氧化物混合而成，也可以直接将含钠的过渡金属氧化物作为P2相层状氧化物的前驱体。例如，P2相层状氧化物的前驱体可以包括Na2CO3、NiO、Fe2O3、MnO2，也可以包括Na2CO3、NiO、Fe2O3，还可以包括NaHCO3、NiO、Fe2O3、MnO2。其中，若P2相层状氧化物的前驱体包括Na2CO3、NiO、Fe2O3、MnO2，P2相层状氧化物的前驱体中Na:Ni:Fe:Mn的摩尔比可以为(1.5～2.5)：1：1：1。
可以理解，P2相层状氧化物的前驱体包括但不限于上述化合物，P2相层状氧化物的前驱体的实际组成成分可以根据实际情况进行选择，本实施例中不做具体限定。
进一步地，P2相层状氧化物的前驱体可以在空气环境中烧结得到，烧结的温度可以为600℃～800℃，烧结时间可以为10h～14h。同时，为了能让正极材料颗粒更加均匀以及烧结更加充分，P2相层状氧化物的前驱体在进行烧结前可以进行球磨和压成片状，其中，压成片状可以使得P2相层状氧化物的前驱体烧结过程中受热更加均匀，球磨可以使得P2相层状氧化物的前驱体能够烧结更加充分，球磨时间可以2h～4h，球磨速度可以为100rpm～500rpm，球磨温度优选常温。
进一步地，正极材料颗粒的核与O3相层状氧化物需进行充分混合，以保证正极材料颗粒的核均能被O3相层状氧化物包覆。其中，正极材料颗粒的核与O3相层状氧化物可以在室温真空环境下进行均匀搅拌2h-4h，搅拌速度可以为100rpm～250rpm。
同样的，正极材料颗粒的核与O3相层状氧化物均匀混合后形成的正极材料的前驱体也需压成片状，以便于正极材料的前驱体能更加充分进行烧结，进而使得最终形成钠离子电池正极材料的首次库伦效率以及倍率性能达到最优。其中，正极材料的前驱体可以选择在空气环境下进行烧结，烧结温度可以为800℃～1000℃，烧结时间可以为0.5h～1.5h。
在一些实施例中，本申请还提供了一种钠离子电池，其包括：正极极片、负极极片、隔膜以及电池电解液；其中，正极极片包括上述正极材料或由上述方法制备得到的正极材料。
进一步地，通常钠离子电池中正极侧的金属集流体一般选Al箔，负极则用Cu箔，由于钠和铝不会像锂与铝一样发生反应形成锂铝合金，因此可以选用铝箔为钠离子电池正负极的集流体，以降低钠离子电池辅材的使用成本。
在本实施例中，正极极片中铝箔的厚度可以为8μm～20μm，正极极片的面密度可以为3mg/cm2～30mg/cm2，压实密度可以为1g/cm3～3g/cm3；负极极片中铝箔的厚度可以为8μm～20μm，负极极片的面密度可以为1mg/cm2～10mg/cm2，压实密度可以为0.3g/cm3～2g/cm3。
在一些实施例中，钠离子电池的负极材料可以选择电位高于金属钠析出电位且能够可逆脱出/嵌入钠离子的材料，常见的如硬碳(HC，Hard Carbon)；而钠离子电池电解液可以以钠盐(如NaPF6和NaClO4等中的一种或多种)为溶质的有机碳酸酯溶液，其浓度可以为0.5-5mol/L，电解液中的溶剂可以为碳酸乙烯酯、聚碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一种或几种；隔膜可以为可导通离子的电子绝缘材料。
可以理解，正极极片、负极极片、隔膜以及电池电解液包括但不限于上述范围，具体可以根据实际应用进行选择，本实施例中不做具体限定。
在一些实施例中，本申请实施例还提供了一种用电设备，其包括上述钠离子电池。
其中，用电设备可以为但不限于电动汽车、电瓶车、轮船、航天器、手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具等。其中，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等；电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，电动坦克玩具、游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等。
本申请通过将正极材料颗粒设计成O3相层状氧化物包覆P2相层状氧化物的核壳结构，进而可以使得O3相层状氧化物为钠离子电池提供充足的活性钠离子，以提升钠离子电池的首次库伦效率，同时由于O3相层状氧化物的晶体结构稳定且电化学性能可逆，在环境中吸水后可以进行烘干再生，而内核包括P2相层状氧化物，进而保证了钠离子电池具有优异的倍率性能。
下面结合实施例以及对比例，进一步说明本申请的有益效果。
实施例1
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.67，壳中Na/M元素原子个数比A为0.95，正极材料的分子式为Na0.71Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为10μm，比表面积为3.12m2/g，压实密度为3g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法为：
步骤1、将Na2CO3、NiO、Fe2O3、MnO2加入到球磨机中，并在室温条件下以300rpm进行球磨3h，球磨完成后，在40KN压力下压成片状，并在700℃空气环境中烧结12小时，降温冷却后取出，得到正极材料颗粒的核；其中，Na:Ni:Fe:Mn的摩尔比为2：1：1：1，核中P2相层状氧化物的分子式为Na0.67Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2；
步骤2、将步骤1中制备得到的正极材料颗粒的核与Na2CO3置于搅拌机中，并在真空环境下，以200rpm进行搅拌3h，搅拌完成后，在40KN压力下压成片状，得到正极材料的前驱体；其中，Na0.67Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2与Na2CO3的摩尔比为1：0.1；
步骤3、将步骤2中制备得到的正极材料的前驱体在空气环境中于900℃条件下烧结1h，降温冷却后，得到正极材料。
实施例2
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.67，壳中Na/M元素原子个数比A为0.95，分子式为Na0.71Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为20μm，比表面积为1.12m2/g，压实密度为2.9g/cm3。
其中，上述正极材料制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤2中搅拌速度为100rpm。
实施例3
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.67，壳中Na/M元素原子个数比A为0.98，分子式为Na0.71Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为1μm，比表面积为4.83m2/g，压实密度为3.1g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤2中Na0.67Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2与Na2CO3的摩尔比为1：0.13。
实施例4
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.67，壳中Na/M元素原子个数比A为0.95，分子式为Na0.71Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为12μm，比表面积为0.49m2/g，压实密度为2.8g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤1中球磨速度为200rpm。
实施例5
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.67，壳中Na/M元素原子个数比A为0.95，分子式为Na0.71Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为5μm，比表面积为9.97m2/g，压实密度为3.1g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤1中球磨速度为400rpm。
实施例6
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.76，壳中Na/M元素原子个数比A为0.99，分子式为Na0.84Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为10μm，比表面积为3.08m2/g，压实密度为3g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤1中Na:Ni:Fe:Mn的摩尔比为3：1：1：1，核中P2相层状氧化物的分子式为Na0.76Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2。
实施例7
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.76，壳中Na/M元素原子个数比A为0.98，分子式为Na0.84Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为13μm，比表面积为0.53m2/g，压实密度为2.9g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例6基本相同，区别仅在于：步骤1中球磨速度为200rpm。
实施例8
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.76，壳中Na/M元素原子个数比A为0.99，分子式为Na0.84Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为6μm，比表面积为9.69m2/g，压实密度为3.1g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例6基本相同，区别仅在于：骤1中球磨速度为400rpm。
实施例9
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.60，壳中Na/M元素原子个数比A为0.97，分子式为Na0.68Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为9μm，比表面积为2.97m2/g，压实密度为2.9g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤1中Na:Ni:Fe:Mn的摩尔比为1：1：1：1，核中P2相层状氧化物的分子式为Na0.60Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2。
实施例10
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.60，壳中Na/M元素原子个数比A为0.96，分子式为Na0.68Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为14μm，比表面积为0.51m2/g，压实密度为2.8g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例9基本相同，区别仅在于：步骤1中球磨速度为200rpm。
实施例11
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.60，壳中Na/M元素原子个数比A为0.98，分子式为Na0.68Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为9μm，比表面积为9.76m2/g，压实密度为2.9g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例9基本相同，区别仅在于：骤1中球磨速度为400rpm。
实施例12
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.67，壳中Na/M元素原子个数比A为0.96，分子式为Na0.71Cu1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为9μm，比表面积为2.98m2/g，压实密度为3g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤1中将Na2CO3、CuO、Fe2O3、MnO2加入到球磨机中，并在室温条件下以300rpm进行球磨3h，球磨完成后，在40KN压力下压成片状，并在700℃空气环境中烧结12小时，降温冷却后取出，得到正极材料颗粒的核；其中，Na:Cu:Fe:Mn的摩尔比为2：1：1：1，核中P2相层状氧化物的分子式为Na0.67Cu1/3Fe1/3Mn1/3O2。
实施例13
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.67，壳中Na/M元素原子个数比A为0.95，分子式为Na0.71Cu1/6Ni1/6Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为10μm，比表面积为3.21m2/g，压实密度为3g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤1中将Na2CO3、CuO、NiO、Fe2O3、MnO2加入到球磨机中，并在室温条件下以300rpm进行球磨3h，球磨完成后，在40KN压力下压成片状，并在700℃空气环境中烧结12小时，降温冷却后取出，得到正极材料颗粒的核；其中，Na:Cu:NiO:Fe:Mn的摩尔比为2:0.5:0.5:1:1，核中P2相层状氧化物的分子式为Na0.67Cu1/6Ni1/6Fe1/3Mn1/3O2。
实施例14
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.76，壳中Na/M元素原子个数比A为0.95，分子式为Na0.84Ni1/3Fe1/3Ti1/3O2，粒径分布Dv50为10μm，比表面积为2.92m2/g，压实密度为3g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例6基本相同，区别仅在于：步骤1中将Na2CO3、NiO、Fe2O3、Ti2O3加入到球磨机中，并在室温条件下以300rpm进行球磨3h，球磨完成后，在40KN压力下压成片状，并在700℃空气环境中烧结12小时，降温冷却后取出，得到正极材料颗粒的核；其中，Na:Ni:Fe:Ti的摩尔比为2：1：1：1，核中P2相层状氧化物的分子式为Na0.76Ni1/3Fe1/3Ti1/3O2。
实施例15
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.76，壳中Na/M元素原子个数比A为0.96，分子式为Na0.84Ni1/3Fe1/3Mn1/6Ti1/6O2，粒径分布Dv50为9μm，比表面积为2.93m2/g，压实密度为3g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例6基本相同，区别仅在于：步骤1中将Na2CO3、NiO、Fe2O3、MnO2、Ti2O3加入到球磨机中，并在室温条件下以300rpm进行球磨3h，球磨完成后，在40KN压力下压成片状，并在700℃空气环境中烧结12小时，降温冷却后取出，得到正极材料颗粒的核；其中，Na:Ni:Fe:Mn:Ti的摩尔比为2：1：1：0.5：0.5，核中P2相层状氧化物的分子式为Na0.76Ni1/3Fe1/3Mn1/6Ti1/6O2。
实施例16
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.76，壳中Na/M元素原子个数比A为0.95，分子式为Na0.84Ni1/3Co1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为11μm，比表面积为2.92m2/g，压实密度为3g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例6基本相同，区别仅在于：步骤1中将Na2CO3、NiO、CoO、MnO2加入到球磨机中，并在室温条件下以300rpm进行球磨3h，球磨完成后，在40KN压力下压成片状，并在700℃空气环境中烧结12小时，降温冷却后取出，得到正极材料颗粒的核；其中，Na:Ni:Co:Mn的摩尔比为2：1：1：1，核中P2相层状氧化物的分子式为Na0.76Ni1/3Co1/3Mn1/3O2。
实施例17
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.76，壳中Na/M元素原子个数比A为0.95，分子式为Na0.84Ni1/3Co1/6Fe1/6Mn1/3O2，粒径分布Dv50为10μm，比表面积为3.06m2/g，压实密度为3g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例6基本相同，区别仅在于：步骤1中将Na2CO3、NiO、CoO、Fe2O3、MnO2加入到球磨机中，并在室温条件下以300rpm进行球磨3h，球磨完成后，在40KN压力下压成片状，并在700℃空气环境中烧结12小时，降温冷却后取出，得到正极材料颗粒的核；其中，Na:Ni:Co:Fe:Mn的摩尔比为2：1：0.5：0.5：1，核中P2相层状氧化物的分子式为Na0.76Ni1/3Co1/6Fe1/6Mn1/3O2。
实施例18
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.67，壳中Na/M元素原子个数比A为0.95，正极材料的分子式为Na0.71Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为10μm，比表面积为3.12m2/g，压实密度为2g/cm3。
其中，上述正极材料制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤1中在室温条件下以100rpm进行球磨6h。
实施例19
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.67，壳中Na/M元素原子个数比A为0.95，分子式为Na0.71Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为2μm，比表面积为3.89m2/g，压实密度为3.5g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤1中球磨速度为500rpm。
实施例20
一种正极材料，其核中Na/M元素原子个数比a为0.67，壳中Na/M元素原子个数比A为0.95，分子式为Na0.71Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为15μm，比表面积为2.98m2/g，压实密度为2.5g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤1中球磨速度为100rpm。
对比例1
一种正极材料，其分子式为Na0.67Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为10μm，比表面积为3.12m2/g，压实密度为3g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法为：
步骤1、将Na2CO3、NiO、Fe2O3、MnO2加入到球磨机中，并在室温条件下以300rpm进行球磨3h，球磨完成后，在40KN压力下压成片状，并在700℃空气环境中烧结12小时，降温冷却后取出，得到上述正极材料；其中，Na:Ni:Fe:Mn的摩尔比为2：1：1：1。
对比例2
一种正极材料，其分子式为NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2，粒径分布Dv50为10μm，比表面积为3.24m2/g，压实密度为3g/cm3。
其中，上述正极材料的制备方法为：
步骤1、将Na2CO3、NiO、Fe2O3、MnO2加入到球磨机中，并在室温条件下以300rpm进行球磨3h，球磨完成后，在40KN压力下压成片状，并在700℃空气环境中烧结12小时，降温冷却后取出，得到上述正极材料；其中，Na:Ni:Fe:Mn的摩尔比为4：1：1：1。
测试
将实施例1至实施例20以及对比例1和对比例2中制备得到正极材料应用于钠离子电池中后，对该钠离子电池进行性能测试，其测试方法如下：
全电池首效：将未经过电化学测试的新鲜电芯放置于充放电测试仪上，室温环境，0.33C充电至3.8V，容量为Q1，0.33C放电至1.5V，容量为Q2，全电池首效＝Q2/Q1*100％。
倍率性能：将未经过电化学测试的新鲜电芯放置于充放电测试仪上，室温环境，0.33C充电至3.8V，0.33C放电至1.5V，容量为Q2。0.33C充电至3.8V，6C放电至1.5V，容量为Q3，倍率性能＝Q3/Q2*100％。
其性能测试结果如表1所示：
表1
是否包覆 全电池首效(％) 倍率性能(％)
实施例1 是 88 92
实施例2 是 86 91
实施例3 是 87 90
实施例4 是 89 89
实施例5 是 86 93
实施例6 是 89 92
实施例7 是 85 91
实施例8 是 87 92
实施例9 是 85 91
实施例10 是 91 90
实施例11 是 84 92
实施例12 是 88 91
实施例13 是 87 92
实施例14 是 88 91
实施例15 是 87 92
实施例16 是 87 91
实施例17 是 88 91
实施例18 是 88 89
实施例19 是 82 94
实施例20 是 89.5 85
对比例1 否 78 89
对比例2 否 83 81
从上述测试结果可以看出，应用本申请的技术方案，O3相层状氧化物可以对P2相层状氧化物进行包覆以形成核壳结构的正极材料颗粒，进而可以使得O3相层状氧化物为钠离子电池提供充足的活性钠离子，以提升钠离子电池的首次库伦效率，同时由于O3相层状氧化物的晶体结构稳定且电化学性能可逆，在环境中吸水后可以进行烘干再生，而内核包括P2相层状氧化物，进而保证了钠离子电池具有优异的倍率性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种正极材料，其特征在于，包括正极材料颗粒，所述正极材料颗粒具有核壳结构，所述核包括P2相层状氧化物，所述壳包括O3相层状氧化物。
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的分子式包括：NaxMO2，其中0.67<x<0.85，M包括过渡金属元素、碱金属元素中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，M包括铁元素、镍元素、锂元素、铜元素、锌元素、钴元素、钛元素、锰元素中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述O3相层状氧化物所在的壳中Na/M元素原子个数比A为0.9<A<1.0。
5.根据权利要求4所述的正极材料，其特征在于，所述P2相层状氧化物所在的核中Na/M元素原子个数比a为0.5<a<0.8。
6.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的粒径分布Dv50为1μm～20μm。
7.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的比表面积为0.5m2/g～10m2/g。
8.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料在40KN压力下的粉体压实密度为2g/cm3～3.5g/cm3。
9.一种钠离子电池，其特征在于，包括：正极极片、负极极片、隔膜以及电解液；其中，正极极片包括权利要求1～8中任意一项所述的正极材料。
10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求9所述的钠离子电池。
CN202211280705.4A 2022-10-19 2022-10-19 正极材料、钠离子电池及用电设备 Pending CN115602814A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211280705.4A CN115602814A (zh) 2022-10-19 2022-10-19 正极材料、钠离子电池及用电设备
PCT/CN2023/114852 WO2024082817A1 (zh) 2022-10-19 2023-08-25 正极材料、钠离子电池及用电设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211280705.4A CN115602814A (zh) 2022-10-19 2022-10-19 正极材料、钠离子电池及用电设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115602814A true CN115602814A (zh) 2023-01-13

Family

ID=84849151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211280705.4A Pending CN115602814A (zh) 2022-10-19 2022-10-19 正极材料、钠离子电池及用电设备

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN115602814A (zh)
WO (1) WO2024082817A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116364898A (zh) * 2023-06-01 2023-06-30 宜宾锂宝新材料有限公司 一种钠离子正极材料及其制备方法与钠离子电池
CN116588994A (zh) * 2023-07-17 2023-08-15 溧阳中科海钠科技有限责任公司 钠离子电池正极前驱体、钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池
WO2024082817A1 (zh) * 2022-10-19 2024-04-25 欣旺达动力科技股份有限公司 正极材料、钠离子电池及用电设备
CN118431454A (zh) * 2024-07-05 2024-08-02 宁波容百新能源科技股份有限公司 钠离子正极材料及其制备方法和二次电池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110277540B (zh) * 2018-03-14 2020-08-04 中国科学院物理研究所 一种核壳结构钠离子电池正极材料及其制备方法和用途
GB201805884D0 (en) * 2018-04-09 2018-05-23 Faradion Ltd O3/P2 Mixed phase sodium-containing doped layered oxide materials
CN115057482B (zh) * 2022-05-18 2023-07-14 中南大学 钠离子电池正极材料、前驱体以及制备方法
CN115148984B (zh) * 2022-09-02 2023-01-03 湖州超钠新能源科技有限公司 O3-p2复合相钠离子正极材料及其制备方法和应用
CN115602814A (zh) * 2022-10-19 2023-01-13 欣旺达电子股份有限公司（Cn） 正极材料、钠离子电池及用电设备

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024082817A1 (zh) * 2022-10-19 2024-04-25 欣旺达动力科技股份有限公司 正极材料、钠离子电池及用电设备
CN116364898A (zh) * 2023-06-01 2023-06-30 宜宾锂宝新材料有限公司 一种钠离子正极材料及其制备方法与钠离子电池
CN116364898B (zh) * 2023-06-01 2023-09-01 宜宾锂宝新材料有限公司 一种钠离子正极材料及其制备方法与钠离子电池
CN116588994A (zh) * 2023-07-17 2023-08-15 溧阳中科海钠科技有限责任公司 钠离子电池正极前驱体、钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池
CN116588994B (zh) * 2023-07-17 2023-09-22 溧阳中科海钠科技有限责任公司 钠离子电池正极前驱体、钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池
CN118431454A (zh) * 2024-07-05 2024-08-02 宁波容百新能源科技股份有限公司 钠离子正极材料及其制备方法和二次电池

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024082817A1 (zh) 2024-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1333475C (zh) 用于电池的活性材料及其制备方法
JP7254875B2 (ja) リチウム二次電池用正極活物質およびこれを含むリチウム二次電池
CN100421287C (zh) 锂二次电池用复合粒子及其制造方法、使用其的锂二次电池
CN115602814A (zh) 正极材料、钠离子电池及用电设备
CN102844914B (zh) 非水电解质二次电池用正极活性物质、其制造方法、和使用了该正极活性物质的非水电解质二次电池
CN110168785A (zh) 镍基活性物质前驱体及其制备方法、镍基活性物质以及锂二次电池
JP2003142097A (ja) 電池用活物質およびその製造方法
CN105118972A (zh) 金属氢氧化物包覆碳硫的锂硫电池正极材料及其制备方法和应用
KR20150023856A (ko) 리튬-풍부 양극 재료, 리튬 전지의 양극 및 리튬 전지
CN105161693A (zh) 一种高循环锂电多元正极材料ncm及其制备方法
CN104956527A (zh) 过渡金属铁氰化物蓄电池阴极,过渡金属铁氰化物阴极蓄电池,合成过渡金属铁氰化物蓄电池材料的方法,制造过渡金属铁氰化物蓄电池阴极电极的方法,和使用过渡金属铁氰化物蓄电池的方法
CN103825015A (zh) 高压实密度镍钴锰酸锂ncm523三元材料的制备方法
CN102569773A (zh) 用于锂离子二次电池的正极材料及其制备方法
KR101848677B1 (ko) 공침법을 이용한 전고체 리튬이차전지용 양극복합소재 및 그의 제조방법
WO2010027119A1 (en) Cathode active material for lithium secondary batteries with high conductivity and method of preparing for the same and lithium secondary batteries comprising the same
CN108091835B (zh) 铁酸钴负载硫的锂硫电池复合正极材料及其制备方法
CN114512660B (zh) 正极活性材料前驱体及其制备方法和正极活性材料
CN115196683B (zh) 一种正极材料、二次电池及用电设备
AU2012206930A1 (en) Ion-exchange battery
EP1137087B1 (en) Alkaline storage battery and positive electrode used for the alkaline storage battery
CN114094040A (zh) 正极片及其制备方法和应用
CN110078134B (zh) 一种制作锂离子电池负极材料的四氧化三钴的制备方法
KR20140048010A (ko) 리튬이온 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬이온 이차전지
US20170324085A1 (en) Precursor for Producing Lithium-rich Cathode Active Material, and Lithium-rich Cathode Active Material Produced Thereby
CN111326731A (zh) 一种镍钴锰三元材料的制备方法及锂离子电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20230607

Address after: 518000 1-2 Floor, Building A, Xinwangda Industrial Park, No. 18 Tangjianan Road, Gongming Street, Guangming New District, Shenzhen City, Guangdong Province

Applicant after: SUNWODA ELECTRIC VEHICLE BATTERY Co.,Ltd.

Address before: 518108 1 / F, 2 / F area A-B, 2 / F area D-9 / F, No.2 Yihe Road, Shilong community, Shiyan street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province

Applicant before: SUNWODA ELECTRONICS Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 518000 1-2 Floor, Building A, Xinwangda Industrial Park, No. 18 Tangjianan Road, Gongming Street, Guangming New District, Shenzhen City, Guangdong Province

Applicant after: Xinwangda Power Technology Co.,Ltd.

Address before: 518000 1-2 Floor, Building A, Xinwangda Industrial Park, No. 18 Tangjianan Road, Gongming Street, Guangming New District, Shenzhen City, Guangdong Province

Applicant before: SUNWODA ELECTRIC VEHICLE BATTERY Co.,Ltd.