CN116130626A - 钠离子电池及用电设备 - Google Patents

钠离子电池及用电设备 Download PDF

Info

Publication number
CN116130626A
CN116130626A CN202211727856.XA CN202211727856A CN116130626A CN 116130626 A CN116130626 A CN 116130626A CN 202211727856 A CN202211727856 A CN 202211727856A CN 116130626 A CN116130626 A CN 116130626A
Authority
CN
China
Prior art keywords
positive electrode
active material
electrode active
ion battery
ltoreq
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
CN202211727856.XA
Other languages
English (en)
Inventor
陈福洲
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 Electric Vehicle Battery 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 Electric Vehicle Battery Co Ltd filed Critical Sunwoda Electric Vehicle Battery Co Ltd
Priority to CN202211727856.XA priority Critical patent/CN116130626A/zh
Publication of CN116130626A publication Critical patent/CN116130626A/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
    • H01M4/362—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
    • 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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • 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
    • 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
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本申请实施例公开了一种钠离子电池及用电设备，分别以纯水和无水乙醇作为溶剂，对所述钠离子电池的层状正极活性材料进行游离钠测试，测得层状正极活性材料中NaOH的含量分别为C1和C2，其中C1和C2满足0％≤C1‑C2≤10％，表明层状正极活性材料与水的反应较少，生成的NaOH碱性杂质少，正极活性材料层的层状结构稳定，有利于正极极片的加工，可有效减少后续正极活性材料层与电解液的界面反应的产气量，降低安全风险，提升钠离子电池的循环稳定性。

Description

钠离子电池及用电设备
技术领域
本申请涉及钠离子电池技术领域，具体涉及一种钠离子电池及用电设备。
背景技术
钠离子电池不仅具有钠资源储量丰富、分布广泛、成本低廉、无发展瓶颈、环境友好和兼容锂离子电池现有生产设备的优势，还具有较好的功率特性、宽温度范围适应性、安全性能和无过放电问题等优势。但是，现有的钠离子电池的层状正极活性材料在空气中的稳定性较差，特别是潮湿的空气中影响会进一步加剧，主要是不稳定的正极活性材料会与水发生Na-H交换反应生成较多的NaOH，和空气中的CO2反应会生成具备电化学惰性的Na2CO3，由于生成的碱性杂质(NaOH和Na2CO3)会导致浆料在加工过程中出现凝胶使其难以涂布，后续在电化学反应过程中碱性杂质与电解液会发生反应导致产气增加，严重影响循环性能和安全性能。
因此，亟需提供一种稳定性好的层状正极活性材料，以改善其加工性能，提高钠离子电池的循环性能。
发明内容
本申请实施例提供一种钠离子电池及用电设备，可以改善现有层状正极活性材料稳定性差导致的钠离子电池循环性能差的问题。
本申请的第一方面提供一种钠离子电池，包括正极极片，所述正极极片包括正极集流体及设置于所述正极集流体的至少一个表面上的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括层状正极活性材料，以纯水为溶剂，对所述层状正极活性材料进行游离钠测试，得到所述正极活性材料中的NaOH含量为C1；以无水乙醇为溶剂，对所述层状正极活性材料进行游离钠测试，得到所述正极活性材料中的NaOH含量为C2；其中，C1和C2满足：0％≤C1-C2≤10％。
可选的，0.01％≤C1≤10％。
可选的，0.01％≤C2≤1％。
可选的，所述层状正极活性材料包括分子式为Na1+αNixCuyFezMnsMepO2的化合物，其中，-0.1≤α≤0.1，0≤x≤0.8，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0≤s≤0.5，0≤p≤0.05，x+y+z+s+p＝1，Me包括Zr、Al、Sr、Mg、W、Y、Nb、Ti、Ru、Mo中的至少一者。
可选的，所述层状正极活性材料的pH值为11.0～13.0。
可选的，所述层状正极活性材料的粒径分布Dn10满足0.1μm≤Dn10≤3.0μm。
可选的，所述层状正极活性材料的粒径分布Dv50满足3.0μm≤Dv50≤15.0μm。
可选的，所述层状正极活性材料的粒径分布Dv90满足8.0μm≤Dv90≤28.0μm。
可选的，所述层状正极活性材料的比表面积为0.2g/cm2～1.5g/cm2。
可选的，所述层状正极活性材料在30KN下的压实密度为2.7g/cm3～3.8g/cm3。
本申请提供一种层状正极活性材料的制备方法，包括如下步骤：
将金属盐按照一定的摩尔比配置成一定浓度的金属盐溶液，其中，金属盐包括镍盐、铜盐、锰盐、铁盐中的至少三者；
控制流量，将金属盐溶液，沉淀剂氢氧化钠，络合剂氨水同步加入反应釜中，反应时控制反应的温度在50℃～60℃，转速在250rpm～350rpm和pH值在10.95～12.05之间，进行共沉淀反应40h～50h，反应结束后洗涤并干燥后制得前驱体；
将所制备的前驱体、钠盐和包含有掺杂元素Me的盐同时放入混合机中进行混料，以升温速率3℃/min～5℃/min从室温加热至800℃～900℃，在3m3/h～10m3/h的氧气氛围下或者在空气和氧气的混合气体的氛围下进行煅烧10h～14h，煅烧后进行粉碎和分级后即获得所述层状正极活性材料。
本申请的第二方面提供一种用电设备，包括如前所述的钠离子电池。
本申请的有益效果在于，提供一种钠离子电池及具有该钠离子电池的用电设备，分别以纯水和无水乙醇作为溶剂，对所述钠离子电池的层状正极活性材料进行游离钠测试，测得层状正极活性材料中NaOH的含量分别为C1和C2，其中C1和C2满足0％≤C1-C2≤10％，表明层状正极活性材料与水的反应较少，生成的NaOH碱性杂质少，正极活性材料层的层状结构稳定，有利于正极极片的加工，可有效减少后续正极活性材料层与电解液的界面反应的产气量，降低安全风险，提升钠离子电池的循环稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本申请实施例制得的正极极片的扫描电镜图；
图2是对比例制得的正极极片的扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。
在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个元件或多个元件。项目B可包含单个元件或多个元件。项目C可包含单个元件或多个元件。术语“中的至少一种”具有与术语“中的至少一者”相同的含义。
本说明书中，使用“～”来显示的数值范围，表示包含以在“～”前后记载的数值分别作为最小值和最大值的范围。
本申请实施例提供一种钠离子电池及具有该钠离子电池的用电设备，分别以纯水和无水乙醇作为溶剂，对所述钠离子电池的层状正极活性材料进行游离钠测试，测得层状正极活性材料中NaOH的含量分别为C1和C2，其中C1和C2满足0％≤C1-C2≤10％，表明正极活性材料与水的反应较少，生成的NaOH碱性杂质少，正极活性材料层的层状结构稳定，有利于正极极片的加工，可有效减少后续正极活性材料层与电解液的界面反应的产气量，降低安全风险，提升钠离子电池的循环稳定性。
本申请实施例中，提供一种钠离子电池，所述钠离子电池包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液、以及外壳。
I、正极极片
正极极片包括正极集流体和设置于正极集流体上的正极活性材料层，正极活性材料层包含层状正极活性材料。
正极极片为单面极片或双面极片，当正极极片为单面极片时，正极活性材料层设置于正极集流体的一个表面，当正极极片为双面极片时，正极活性材料层设置于正极集流体的两个表面。正极极片上也可同时存在单面正极极片区域和双面正极极片区域。
正极活性材料层
正极活性材料层可以是一层或多层。多层正极活性材料中的每层可以包含相同或不同的层状正极活性材料。层状正极活性材料为任何能够可逆地嵌入和脱嵌钠离子等金属离子的物质。
层状正极活性材料
在一些实施例中，层状正极活性材料包括分子式为Na1+αNixCuyFezMnsMepO2的化合物，其中，-0.1≤α≤0.1，0≤x≤0.8，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0≤s≤0.5，0≤p≤0.05，x+y+z+s+p＝1，Me包括Zr、Al、Sr、Mg、W、Y、Nb、Ti、Ru、Mo中的至少一者。其中，Me为掺杂元素，在层状正极活性材料中掺杂微量的金属元素能够提升层状正极活性材料的结构稳定性，降低可溶性碱的含量。
在一些实施例中，层状正极活性材料包括分子式为Na1+αNixFezMnsMepO2的化合物，其中，-0.1≤α≤0.1，0≤x≤0.8，0≤z≤0.5，0≤s≤0.5，0≤p≤0.05，x+z+s+p＝1，Me包括Zr、Al、Sr、Mg、W、Y、Nb、Ti、Ru、Mo中的至少一者。
在一些实施例中，层状正极活性材料包括分子式为Na1+αCuyFezMnsMepO2的化合物，其中，-0.1≤α≤0.1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0≤s≤0.5，0≤p≤0.05，y+z+s+p＝1，Me包括Zr、Al、Sr、Mg、W、Y、Nb、Ti、Ru、Mo中的至少一者。
层状正极活性材料的制备方法
包括如下步骤：
S1、将金属盐按照一定的摩尔比配置成一定浓度的金属盐溶液，其中，金属盐包括镍盐、铜盐、锰盐、铁盐中的至少三者；
在一些实施例中，金属盐包括镍盐、铜盐、锰盐和铁盐。
在一些实施例中，金属盐包括镍盐、锰盐和铁盐。
在一些实施例中，金属盐包括铜盐、锰盐和铁盐。
S2、控制流量，将金属盐溶液，氢氧化钠，氨水同步加入反应釜中，反应时控制反应的温度，转速和pH值进行共沉淀反应，反应结束后洗涤并干燥后制得前驱体。
在一些实施例中，前驱体包括分子式为NixCuyFezMns(OH)2的化合物，其中，0≤x≤0.8，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0≤s≤0.5，x+y+z+s＝1。
在一些实施例中，前驱体包括分子式为CuyFezMns(OH)2的化合物，其中，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0≤s≤0.5，y+z+s＝1。
在一些实施例中，前驱体包括分子式为NixFezMns(OH)2的化合物，其中，0≤x≤0.8，0≤z≤0.5，0≤s≤0.5，x+z+s＝1。
在一些实施例中，前驱体包括分子式为CuyFezMns(OH)2的化合物，其中，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0≤s≤0.5，y+z+s＝1。
S3、将所制备的前驱体、钠盐和包含有掺杂元素Me的盐同时放入混合机中进行混料，然后将混合物进行高温煅烧，煅烧后进行粉碎和分级后即获得所述层状正极活性材料；所述Me包括Zr、Al、Sr、Mg、W、Y、Nb、Ti、Ru、Mo中的至少一者。
游离钠
对于钠离子电池，其层状正极活性材料中存在游离的钠离子，游离的钠离子含量越高，层状正极活性材料在空气中的稳定性越差，特别是潮湿的空气中影响会进一步加剧，主要是不稳定的正极活性材料中游离的钠离子会与水发生Na-H离子交换反应生成较多的NaOH，游离的钠离子和空气中的CO2反应会生成具备电化学惰性的Na2CO3，NaOH和Na2CO3统称游离钠，为碱性杂质，生成的碱性杂质(NaOH和Na2CO3)会导致浆料在加工过程中出现凝胶使其难以涂布在正极集流体上，后续在电化学反应过程中碱性杂质与电解液会发生反应导致产气增加，严重影响钠离子电池的循环性能和安全性能。
因此，需要控制层状正极活性材料中的游离的钠离子的含量。
游离钠测试
在一些实施例中，分别以纯水和无水乙醇作为溶剂，对层状正极活性材料进行游离钠测试。
采用纯水作为溶剂，称取30g样品(精确至0.001g)于250mL锥形瓶中，加入100mL纯水。将洁净的磁转子放入烧杯中，使用封口膜封口后置于磁力搅拌器上以1000r/min的速率搅拌浸提30min，然后静置，在抽滤装置中放入1张0.45μm的微孔滤膜，将样品摇匀后倒入抽滤装置，开启真空，抽滤。用量筒量取50mL滤液，倒入滴定杯中，加入50ml纯水，置于电位滴定仪上。开启自动电位滴定仪，将自动电位滴定仪的磁力搅拌速率调至不使试液产生气泡为宜，以pH值为纵坐标，盐酸滴定溶液的消耗体积为横坐标进行滴定。记录电极电位突跃点EP1和EP2所对应的盐酸滴定溶液消耗的体积V1和V2。
结果计算按公式(1)计算样品中NaOH的含量为C1：
Figure BDA0004030767340000061
式中(1)：
C1为样品中氢氧化钠所占的质量分数，单位为百分率(％)；Va为搅拌浸提样品时所用的纯水体积，单位为毫升(mL)；Vb为搅拌浸提样品的纯水经过滤后，用于测定的体积，单位为毫升(mL)；V1为滴定到电位突跃点EP1时所消耗的盐酸滴定溶液的体积，单位为毫升(mL)；V2为滴定到电位突跃点EP2时所消耗的盐酸滴定溶液的体积，单位为毫升(mL)；m为称取试样的质量，单位为克(g)；C为盐酸滴定溶液的摩尔浓度，单位为摩尔每升(mol/L)；40.00为氢氧化钠的摩尔质量，单位为克每摩尔(g/mol)。
采用纯水作为溶剂，对层状正极活性材料进行游离钠测试，纯水会渗入层状正极活性材料中，层状正极活性材料中游离的钠离子与纯水中的氢发生Na-H交换生成游离钠NaOH，采用盐酸标准溶液滴定含有NaOH的溶液，即可对层状正极活性材料中的游离的钠离子的含量进行测定，所得C1的值即反映层状正极活性材料内的游离钠中的NaOH的含量。
在一些实施例中，0.01％≤C1≤10％，具体地，C1可以为0.01％、0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1.0％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％或其中任意两个数组成的范围。
采用无水乙醇作为溶剂，称取30g样品(精确至0.001g)于250mL锥形瓶中，加入100mL无水乙醇。将洁净的磁转子放入烧杯中，使用封口膜封口后置于磁力搅拌器上以1000r/min的速率搅拌浸提30min，然后静置，在抽滤装置中放入1张0.45μm的微孔滤膜，将样品摇匀后倒入抽滤装置，开启真空，抽滤。用量筒量取50mL滤液，倒入滴定杯中，加入50ml无水乙醇，置于电位滴定仪上。开启自动电位滴定仪，将自动电位滴定仪的磁力搅拌速率调至不使试液产生气泡为宜，以pH值为纵坐标，盐酸滴定溶液的消耗体积为横坐标进行滴定。记录电极电位突跃点EP1和EP2所对应的盐酸滴定溶液消耗的体积V1和V2。
结果计算按公式(1)计算样品中NaOH的含量为C2：
Figure BDA0004030767340000071
式中(2)：
C2为样品中氢氧化钠所占的质量分数，单位为百分率(％)；Va为搅拌浸提样品时所用的无水乙醇体积，单位为毫升(mL)；Vb为搅拌浸提样品的无水乙醇经过滤后，用于测定的体积，单位为毫升(mL)；V1为滴定到电位突跃点EP1时所消耗的盐酸滴定溶液的体积，单位为毫升(mL)；V2为滴定到电位突跃点EP2时所消耗的盐酸滴定溶液的体积，单位为毫升(mL)；m为称取试样的质量，单位为克(g)；C为盐酸滴定溶液的摩尔浓度，单位为摩尔每升(mol/L)；40.00为氢氧化钠的摩尔质量，单位为克每摩尔(g/mol)。
采用无水乙醇作为溶剂，对层状正极活性材料进行游离钠测试，采用盐酸标准溶液滴定含有NaOH的溶液，即可对正极活性材料中的游离钠离子的含量进行测定，所得C2的值即反映层状正极活性材料内的游离钠中的NaOH的含量。
在一些实施例中，0.01％≤C2≤1％，具体地，C2可以为0.01％、0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1.0％或其中任意两个数组成的范围。
在一些实施例中，0％≤C1-C2≤10％，具体地，C1-C2的值可以为0、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％或其中任意两个数组成的范围。
如果层状正极活性材料中的游离钠含量高，在浆料制备过程中，粘结剂(例如聚偏氟乙烯PVDF)会与层状正极活性材料表面的残钠化合物发生脱氟反应，即NaOH中的OH-与PVDF发生亲核反应，然后重排生成共轭多烯，多烯中的共轭双键继续与OH-发生亲核反应，双键被氧化成羰基和羟基，最终PVDF被降解，同时在此过程中还会有水生成，导致PVDF在水中凝聚并胶化。浆料凝胶化会导致在涂布过程中形成的正极活性材料层具有不均匀的表面
当C1与C2的差值处于上述范围时，C1与C2的差值越小，表明正极活性材料层的稳定性越高，与空气中的水的反应越少，在浆料搅拌时会大大降低与粘结剂的反应，利于搅拌与涂布。形成的正极活性材料层的结构稳定，利于加工成型，并可降低正极活性材料层表面残碱杂质，减少与电解液的反应，降低电化学过程中的产气量，提升钠离子电池的循环稳定性，降低安全风险。
pH值
在一些实施例中，层状正极活性材料的pH值为11.0～13.0，具体地，层状正极活性材料的pH值可以为11.0、11.3、11.5、11.7、12、12.2、12.5、12.7、13.0或其中任意两个数组成的范围。pH值也反映了层状正极活性材料为碱性材料，层状正极活性材料的碱性越强，浆料搅拌的凝胶风险就会越大。当层状正极活性材料的pH值控制上述的范围内有利于浆料的加工。
粒径分布
在一些实施例中，层状正极活性材料的粒径分布Dn10满足0.1μm≤Dn10≤3.0μm，具体地，Dn10可以是0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1.0μm、1.2μm、1.4μm、1.5μm、1.7μm、1.9μm、2.0μm、2.1μm、2.3μm、2.5μm、2.7μm、2.9μm、3.0μm或其中任意两个数组成的范围。Dn10表示一个样品的累计数量分布百分数达到10％所对应的粒径。
在一些实施例中，层状正极活性材料的粒径分布Dv50满足3.0μm≤Dv50≤15.0μm，具体地，Dv50可以是3.0μm、3.5μm、4.0μm、4.5μm、5.0μm、5.5μm、6.0μm、6.5μm、7.0μm、7.5μm、8.0μm、8.5μm、9.0μm、9.5μm、10.0μm、10.5μm、11.0μm、11.5μm、12.0μm、12.5μm、13.0μm、13.5μm、14.0μm、14.5μm、15.0μm或其中任意两个数组成的范围。Dv50表示一个样品的累计体积分布百分数达到50％所对应的粒径。
在一些实施例中，层状正极活性材料的粒径分布Dv90满足8.0μm≤Dv90≤28.0μm，具体地，Dv90可以是8.0μm、8.5μm、9.0μm、9.5μm、10.0μm、10.5μm、11.0μm、11.5μm、12.0μm、12.5μm、13.0μm、13.5μm、14.0μm、14.5μm、15.0μm、15.5μm、16.0μm、16.5μm、17.0μm、17.5μm、18.0μm、18.5μm、19.0μm、19.5μm、20.0μm、20.5μm、21.0μm、21.5μm、22.0μm、22.5μm、23.0μm、23.5μm、24.0μm、24.5μm、25.0μm、25.5μm、26.0μm、26.5μm、27.0μm、27.5μm、28.0μm或其中任意两个数组成的范围。Dv90表示一个样品的累计体积分布百分数达到90％所对应的粒径。
当层状正极活性材料的颗粒粒径过大时在辊压过程中容易破碎，而层状正极活性材料的颗粒粒径过小与电解液的副反应会增加，尤其在高温时会进一步加剧恶化，造成循环稳定性下降，采用激光粒度仪测试层状正极活性材料的粒径分布，当层状正极活性材料的粒径分布满足Dn10、Dv50和Dv90三者中的至少一者的范围时，可控制层状正极活性材料的粒径大小在一个合理的范围内，减少层状正极活性材料与电解液的副反应，同时提升钠离子电池的循环性能和倍率性能。
比表面积BET
在一些实施例中，层状正极活性材料的比表面面积BET为0.2g/cm2～1.5g/cm2，具体地，层状正极活性材料的比表面面积可以为0.2g/cm2、0.3g/cm2、0.4g/cm2、0.5g/cm2、0.6g/cm2、0.7g/cm2、0.8g/cm2、0.9g/cm2、1.0g/cm2、1.1g/cm2、1.2g/cm2、1.3g/cm2、1.4g/cm2、1.5g/cm2或其中任意两个数组成的范围。
采用比表面测试仪来测试层状正极活性材料的比表面积。当本申请中的层状正极活性材料的比表面面积满足上述范围时，能够减少水分的吸入，加工过程易于分散，有利于降低层状正极活性材料的极化，提升离子传输性能，减少产气。而当比表面积超过1.5g/cm2时，导致制得的正极活性材料层对水分的吸入量增加，而且过大的比表面积导致层状正极活性材料在30KN下的压实密度下降，导致在正极活性材料层制备过程中会出现凝胶，进而导致制备的钠离子电池在常温下的循环容量保持率下降。
压实密度
在一些实施例中，层状正极活性材料在30KN下的压实密度为2.7g/cm3～3.8g/cm3，具体地，层状正极活性材料在30KN下的压实密度可以为2.7g/cm3、2.8g/cm3、2.9g/cm3、3.0g/cm3、3.1g/cm3、3.2g/cm3、3.3g/cm3、3.4g/cm3、3.5g/cm3、3.6g/cm3、3.7g/cm3、3.8g/cm3或其中任意两个数组成的范围。
采用压实密度仪测试层状正极活性材料在不同的压力下的压实密度，测试方法如下：
取1.5g的层状正极活性材料，放置于压实密度仪的测试模具中，对层状正极活性材料进行至5KN，保压1～5秒，加压至10KN，保压1～5秒，加压至15KN，保压1～5秒，加压至20KN，保压1～5秒，加压至25KN，保压1～5秒，加压至30KN，保压20～30秒，得到层状正极活性材料在30KN下的压实密度。
当层状正极活性材料在30KN下的压实密度满足上述范围时，能够提高正极极片的压实密度，从而使钠离子电池具有较高的容量性能及能量密度。当层状正极活性材料在30KN下的压实密度低于2.7g/cm3时，层状正极活性材料的颗粒粒径较大，在辊压过程中容易破碎增加与电解液的副反应，导致钠离子电池的循环性能下降。
另外，正极活性材料层还包括正极导电剂和正极粘结剂。
正极导电剂
正极导电剂的种类没有限制，可以使用任何已知的导电剂。正极导电剂的实例可包括，但不限于，天然石墨、人造石墨、乙炔黑、针状焦、碳纳米管、石墨烯等碳材料等。上述正极导电剂可单独使用或任意组合使用。
正极粘结剂
正极活性材料层的制造中使用的正极粘结剂的种类没有特别限制，在涂布法的情况下，只要是在电极制造时使用的液体介质中可溶解或分散的材料即可。正极粘合剂的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、芳香族聚酰胺、纤维素、硝酸纤维素等树脂系高分子；丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶(NBR)、氟橡胶、异戊二烯橡胶、乙烯-丙烯橡胶等橡胶状高分子；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或其氢化物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-乙烯共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物或其氢化物等热塑性弹性体状高分子；间规-1,2-聚丁二烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、丙烯-α-烯烃共聚物等软质树脂状高分子；聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、氟化聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯-乙烯共聚物等氟系高分子；具有碱金属离子(特别是钠离子)的离子传导性的高分子组合物等。上述正极粘结剂可单独使用或任意组合使用。
用于形成正极浆料的溶剂的种类没有限制，只要是能够溶解或分散正极活性材料、正极导电剂、正极粘结剂的溶剂即可。用于形成正极浆料的溶剂的实例可包括水系溶剂和有机系溶剂中的任一种。水系介质的实例可包括，但不限于，水、醇与水的混合介质等。有机系介质的实例可包括，但不限于，二亚乙基三胺、N,N-二甲氨基丙胺、二乙醚、环氧丙烷、四氢呋喃(THF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、六甲基磷酰胺、二甲基亚砜等溶剂。
正极集流体
正极集流体的种类没有特别限制，其可为任何已知适于用作正极集流体的材质。正极集流体的实例可包括，但不限于，铝、不锈钢、镍镀层、钛、钽等金属材料；碳布、碳纸等碳材料；聚合物与金属层形成的复合材料。在一些实施例中，正极集流体为金属材料。在一些实施例中，正极集流体为铝。
正极集流体的形式没有特别限制。正极集流体可以为金属材料。正极集流体可以为碳材料。在一些实施例中，正极集流体为金属箔。在一些实施例中，所述金属箔为网状。金属箔的厚度没有特别限制。在一些实施例中，金属箔的厚度为大于1μm、大于3μm或大于5μm。在一些实施例中，金属箔的厚度为小于1mm、小于50μm或小于20μm。在一些实施例中，金属箔的厚度在上述任意两个数值所组成的范围内。
II、负极极片
负极极片包括负极集流体和设置于负极集流体的至少一个表面的负极活性材料层，负极活性材料层包含负极活性材料，负极活性材料包含硬碳。
负极极片为单面极片或双面极片，当负极极片为单面极片时，负极活性材料层设置于负极集流体的一个表面，当负极极片为双面极片时，负极活性材料层设置于负极集流体的两个表面。负极极片上也可同时存在单面负极极片区域和双面负极极片区域。
负极集流体
在一些实施例中，负极集流体为金属箔。在一些实施例中，负极集流体为铝箔或铜箔。如本文所使用，术语“铜箔”包含铜合金箔。
在一些实施例中，负极集流体为导电性树脂。在一些实施例中，导电性树脂包括在聚丙烯膜上蒸镀铜而得的膜。
负极活性材料层
负极活性材料层可以是一层或多层，多层负极活性材料层中的每层可以包含相同或不同的负极活性材料。负极活性材料为任何能够可逆地嵌入和脱嵌钠离子的物质。在一些实施例中，负极活性材料的可充电容量大于正极活性材料的放电容量，以防止在充电期间钠金属析出在负极极片上。
在一些实施例中，负极活性材料层包括负极活性材料、导电剂、粘结剂和分散剂。
负极活性材料
在一些实施例中，负极活性材料选自天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、硅、硅基合金、氧化亚硅、硅/碳复合物、氧化硅/碳复合物中的至少一者。
导电剂
在一些实施例中，导电剂包括炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种，优选为炭黑。
粘结剂
粘结剂可提高负极活性材料之间的粘结。粘结剂的种类没有特别限制，只要是对于电解液或电极制造时使用的溶剂稳定的材料即可。在一些实施例中，粘结剂包括羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶。在一些实施例中，粘结剂包括羧甲基纤维素钠、氧化淀粉和丁苯橡胶。
分散剂
在一些实施例中，分散剂包含二乙基己醇，二乙基己醇是一种环境友好的有机化合物，价格低廉，来源广泛，其表面张力低，易于吸附和铺展在液体表面，物料受到机械力的剪切和摩擦，同时颗粒之间也会有内摩擦，在各个力的作用下，原料颗粒之间趋于高度分散，使浆料更加均匀，分散效果好，制备出的干极片厚度均一，避免起皱等问题影响电性能发挥，增强极片稳定性，提升钠离子在正负极间的传输效率，降低电化学极化，加快非法拉第反应过程，满足动力电池倍率性能和循环寿命的要求。
III、电解液
电解液包括钠盐、有机溶剂和添加剂。
钠盐
在一些实施例中，钠盐包括六氟磷酸钠、有机硼酸钠、高氯酸钠、磺酰亚胺类钠盐中的至少一种。钠盐的含量没有特别限制，只要不损害本申请的效果即可。
有机溶剂
在一些实施例中，有机溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸酯。
具体地，所述有机溶剂为EC(碳酸乙烯酯)、DEC(碳酸二乙酯)、DMC(碳酸二甲酯)、PC(聚碳酸酯)、EMC(碳酸甲乙酯)之中一个或者多个混合溶剂。其中，EC(碳酸乙烯酯)和PC(聚碳酸酯)为环状碳酸酯。DEC(碳酸二乙酯)、DMC(碳酸二甲酯)和EMC(碳酸甲乙酯)为链状碳酸酯。
添加剂
在一些实施例中，添加剂包括碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、二氟磷酸钠、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、二氟草酸硼酸钠、三丙炔基磷酸酯、三烯丙基磷酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯中的至少一者。在一些实施例中，优选为氟代碳酸乙烯酯(FEC)。
IV、隔膜
为了防止短路，在正极极片与负极极片之间通常设置有隔膜。这种情况下，本申请的电解液通常渗入该隔膜而使用。
V、应用
本申请实施例还提供一种用电设备，包括上述的钠离子电池。作为典型应用，所述用电设备包括但不限于电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、储能设备、轮船、航天器等。
下面结合具体实施例对本申请提供的钠离子电池的制备方法做出如下说明：
实施例1
(1)前驱体的制备
配置硫酸镍溶液、硝酸铁溶液和硝酸锰溶液，将硫酸镍溶液中的镍、硝酸铁溶液中的铁和硝酸锰溶液中的锰以摩尔比0.33:0.33:0.33的比例配置成2mol/L的混合盐溶液；配置4mol/L的氢氧化钠溶液；配置6mol/L的氨水溶液，控制流量，将混合盐溶液，沉淀剂氢氧化钠溶液，络合剂氨水同步加入反应釜中，反应过程中搅拌转速控制在300rpm，温度控制在55℃，pH维持在11.5，反应48h，反应过程中持续通入氮气作为保护气体防止过渡金属氧化，氮气流量为15m3/h，反应结束后洗涤并干燥后制得前驱体Ni0.33Fe0.33Mn0.33(OH)2。合理的控制反应条件能让前驱体元素分布和粒径分布更加均匀，形貌更规则，反应活性更高，在后面的正极材料制备中能更好的参与固相反应。
(2)层状正极活性材料的制备
将上述前驱体，碳酸钠，ZrO2以摩尔比为0.998:1.05:0.002混合均匀(钠过量防止在高温煅烧中发生微量的钠损失)，然后置于气氛炉中进行煅烧，气氛为氧气(5m3/h)，以升温速率为4℃/min从室温加热至850℃，然后在此温度下煅烧12h，煅烧结束后进行破碎和分级筛选得到层状正极活性材料Na(Ni0.33Fe0.33Mn0.33)0.998Zr0.002O2，层状正极活性材料的pH值为11.97，掺杂元素能有效增强材料的结构稳定性，提升循环性能和安全性能。
(3)正极极片的制备
将层状正极活性材料，导电剂sp，粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按照质量比95：3：2进行混合，加入溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)在真空搅拌机中进行搅拌，搅拌结束后制得均匀的正极浆料。将正极浆料均匀涂覆在厚度为16μm正极集流体铝箔上，涂布完成后在100℃的烘箱中干燥，然后经过辊压，分条和裁片后制得正极极片。
(4)负极极片的制备
将硬碳、羧甲基纤维素钠、导电炭黑、丁苯橡胶按照质量比96.5：1.5：1.5：0.5进行混合后，加入水中混合均匀制成负极浆料，将所述负极浆料涂布于负极集流体表面，得到负极极片。
(5)电解液的制备
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(EDC)按照体积比1:1:1混合，然后加入1mol/L的六氟磷酸钠混合均匀，配制成电解液。
(6)钠离子电池的制备
将正极极片，隔膜，负极极片按顺序卷叠好，隔膜采用PP膜，使隔膜正好处于正负极之间起到隔离两个电极的作用，然后再卷绕成裸电芯装入铝塑膜中，在80℃下烘烤去除水分，除完后注入电解液，再经过封口，热冷压，化成和分容后即得成品钠离子电池。
实施例2
依照实施例1的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
步骤(1)的反应过程中搅拌转速控制在350rpm，温度控制在65℃，pH维持在11.45，反应60h，步骤(2)中气氛为氧气(8m3/h)，以升温速率为3℃/min从室温加热至850℃，制得的层状正极活性材料的pH值为12.35。
实施例3
依照实施例1的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
步骤(1)的反应过程中搅拌转速控制在250rpm，温度控制在45℃，pH维持在11.55，反应36h，步骤(2)中气氛为氧气(3m3/h)，以升温速率为5℃/min从室温加热至850℃，制得的层状正极活性材料的pH值为12.02。
实施例4
依照实施例1的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
掺杂元素由实施例1中的Zr和Sr改变为W和Sr，W和Sr在层状正极活性材料中的比例分别为0.001，同时步骤(2)中的气氛是空气和氧气的混合气体，其混合比例是空气:氧气＝3:1，制得的层状正极活性材料的pH值为11.84。
实施例5
依照实施例1的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
掺杂元素为Zr、Mo和Ce，Zr、Mo和Ce在层状正极活性材料中的比例分别为0.002、0.002和0.001，制得的层状正极活性材料的pH值为12.69。
实施例6
依照实施例1的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
掺杂元素为Zr、Sr和Nb，Zr、Sr和Nb在层状正极活性材料中的比例分别为0.002、0.001和0.001，制得的层状正极活性材料的pH值为12.24。
实施例7
依照实施例1的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
掺杂元素为Sr、Mg和Al，Sr、Mg和Al在层状正极活性材料中的比例分别为0.002、0.002和0.002，制得的层状正极活性材料的pH值为11.90。
实施例8
(1)前驱体的制备
配置硫酸镍溶液、硝酸铁溶液和氯化锰溶液，将硫酸镍溶液中的镍、硝酸铁溶液中的铁和氯化锰溶液中的锰以摩尔比0.6:0.2:0.2的比例配置成2mol/L的混合盐溶液；配置4mol/L的氢氧化钠溶液；配置6mol/L的氨水溶液，控制流量，将混合盐溶液，沉淀剂氢氧化钠溶液，络合剂氨水同步加入反应釜中，反应过程中搅拌转速控制在300rpm，温度控制在55℃，pH维持在12±0.05，反应48h，反应结束后洗涤并干燥后制得前驱体Ni0.6Fe0.2Mn0.2(OH)2。
(2)层状正极活性材料的制备
将上述前驱体，氢氧化钠，ZrO2和SrO2以摩尔比为0.998:1.05:0.001:0.001混合均匀，然后置于气氛炉中进行煅烧，气氛为氧气(3-10m3/h)，以升温速率为3-5℃/min从室温加热至850℃，然后在此温度下煅烧12h，煅烧结束后进行破碎和分级筛选得到层状正极活性材料Na(Ni0.6Fe0.2Mn0.2)0.998Zr0.001Sr0.001O2，制得的正极活性材料的pH值为11.77，掺杂元素能有效增强材料的结构稳定性，提升循环性能和安全性能。
正极极片的制备、负极极片的制备、电解液的制备和钠离子电池的制备方法与实施例1一致。
实施例9
依照实施例8的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例8：
掺杂元素为Zr、Y和Mg，Zr、Y和Mg在层状正极活性材料中的比例分别为0.002、0.001和0.001，制得的层状正极活性材料的pH值为12.03。
实施例10
(1)前驱体的制备
配置硫酸铜溶液、硝酸铁溶液和氯化锰溶液，将硫酸铜溶液中的铜、硝酸铁溶液中的铁和氯化锰溶液中的锰以摩尔比0.34:0.33:0.33的比例配置成2mol/L的混合盐溶液；配置4mol/L的氢氧化钠溶液；配置6mol/L的柠檬酸溶液，控制流量，将混合盐溶液，沉淀剂氢氧化钠溶液，络合剂柠檬酸同步加入反应釜中，反应过程中搅拌转速控制在300rpm，温度控制在55℃，pH维持在11±0.05，反应48h，反应结束后洗涤并干燥后制得前驱体Cu0.33Fe0.33Mn0.33(OH)2。
(2)层状正极活性材料的制备
将上述前驱体，硝酸钠，ZrO2和SrO2以摩尔比为0.998:1.05:0.001:0.001混合均匀，然后置于气氛炉中进行煅烧，气氛为氧气(3-10m3/h)，以升温速率为3-5℃/min从室温加热至400℃，保温2h，然后升温至850℃，然后在此温度下煅烧12h，煅烧结束后进行破碎和分级筛选得到层状正极活性材料NaCu0.33Fe0.33Mn0.33O2，制得的正极活性材料的pH值为12.86，主元素含铜的层状氧化物能很好的提升材料的结构稳定性和循环性能。
正极极片的制备、负极极片的制备、电解液的制备和钠离子电池的制备方法与实施例1一致。
实施例11
依照实施例10的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例10：
将煅烧过程中的气体成分改为空气和氧气的混合气体，其混合比例是空气:氧气＝3:1，制得的层状正极活性材料的pH值为12.11。
实施例12
依照实施例10的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例10：
掺杂元素为Zr、Ru和Al，Zr、Ru和Al在层状正极活性材料中的比例分别为0.002、0.001和0.001，制得的层状正极活性材料的pH值为12.05。
实施例13
依照实施例10的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例10：
层状正极活性材料中未添加掺杂元素，层状正极活性材料中主元素Cu、Fe和Mn的比例Cu:Fe:Mn＝0.6:0.2:0.2，制得的层状正极活性材料的pH值为11.88。
实施例14
依照实施例10的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例10：
层状正极活性材料中主元素Cu、Fe和Mn的比例Cu:Fe:Mn＝0.6:0.2:0.2，掺杂元素为Zr和Sr，Zr和Sr在层状正极活性材料中的比例分别为0.002和0.002，制得的层状正极活性材料的pH值为11.76。
实施例15
(1)前驱体的制备
配置硝酸镍、硫酸铜溶液、硝酸铁溶液和氯化锰溶液，将硝酸镍溶液中的镍、硫酸铜溶液中的铜、硝酸铁溶液中的铁和氯化锰溶液中的锰以摩尔比0.4:0.2:0.2:0.2的比例配置成1.5mol/L的混合盐溶液；配置4mol/L的氢氧化钠溶液；配置5mol/L的草酸溶液，控制流量，将混合盐溶液，沉淀剂氢氧化钠溶液，络合剂草酸同步加入反应釜中，反应过程中搅拌转速控制在300rpm，温度控制在55℃，pH维持在12，反应48h，反应结束后洗涤并干燥后制得前驱体Ni0.4Cu0.2Fe0.2Mn0.2(OH)2。由于过渡金属种类更多，氮气的流量需增大到20m3/h。
(2)层状正极活性材料的制备
将上述前驱体，氢氧化钠，ZrO2和Al2O3以摩尔比为0.994:1.05:0.003:0.003混合均匀，然后置于气氛炉中进行煅烧，气氛为氧气(5m3/h)，以升温速率为4℃/min从室温加热至850℃，然后在此温度下煅烧12h，煅烧结束后进行破碎和分级筛选得到层状正极活性材料Na(Ni0.4Cu0.2Fe0.2Mn0.2)0.994Zr0.003Al0.003O2，制得的层状正极活性材料的pH值为11.98。掺杂元素能有效增强材料的结构稳定性，提升循环性能和安全性能。
正极极片的制备、负极极片的制备、电解液的制备和钠离子电池的制备方法与实施例1一致。
实施例16
依照实施例15的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例15：
掺杂元素为Ru和Sr，Ru和Sr在层状正极活性材料中的比例分别为0.003和0.003，制得的层状正极活性材料的pH值为11.82。
实施例17
依照实施例1的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
在步骤(1)的前驱体制备过程中，氨水溶液的浓度为1.5mol/L，制得的层状正极活性材料的pH值为13.51。其中，前驱体制备过程中的氨水作为络合剂使用时，浓度过低会造成沉淀反应有先后顺序导致元素分布不均匀，浓度过高会使络合的金属离子过多造成反应不完全，会对层状正极活性材料的形貌以及物性参数有较大的影响，具体地，氨水浓度过低使得前驱体的形貌变的疏松多孔，导致制备的层状正极活性材料的比表面积过大。
实施例18
依照实施例1的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
在步骤(1)的前驱体制备过程中，混合盐溶液，沉淀剂氢氧化钠溶液和络合剂氨水的反应时长为20h，制得的层状正极活性材料的pH值为13.37。其中，混合盐溶液，沉淀剂氢氧化钠溶液和络合剂氨水的反应时长为20h，反应时长过短，导致前驱体的粒度较大，进而使得层状正极活性材料的压实密度减小，而且不同的pH值会对晶核的生长造成影响，从而影响物性参数，物性参数的差异会影响正极活性材料性能的发挥，具体地，pH值高达13.37，碱性过强，在正极活性材料层制备过程中会出现凝胶，影响制得的钠离子电池在常温下的循环稳定性。
对比例1
依照实施例1的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
在步骤(1)的前驱体制备过程中，氨水溶液的浓度为3mol/L，制得的层状正极活性材料的pH值为13.5。
对比例2
依照实施例1的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
在步骤(1)的前驱体制备过程中，氨水溶液的浓度为3mol/L，制得的层状正极活性材料的pH值为13.47。
对比例3
依照实施例1的方法制备钠离子电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
在步骤(1)的前驱体制备过程中，氨水溶液的浓度为10mol/L，制得的层状正极活性材料的pH值为13.22。
游离钠测试：
以纯水作为溶剂，对实施例1-18以及对比例1-3提供的钠离子电池中的层状正极活性材料中的游离钠进行测试，测得实施例1-18以及对比例1-3中的层状正极活性材料中NaOH含量为C1；
以无水乙醇作为溶剂，对实施例1-18以及对比例1-3提供的钠离子电池中的层状正极活性材料中的游离钠进行测试，测得实施例1-18以及对比例1-3中的层状正极活性材料中NaOH含量为C2。
粒径分布测试：采用激光粒度仪测试实施例1-18以及对比例1-3中的层状正极活性材料的粒径分布。
比表面积测试：采用比表面测试仪测试实施例1-18以及对比例1-3中的层状正极活性材料的粒比表面积。
压实密度测试：采用压实密度仪测试实施例1-18以及对比例1-3中的层状正极活性材料的在30KN压力下的压实密度。
钠离子电池的常温循环性能测试：
将实施例1-16以及对比例1-3提供的钠离子电池分别在25℃下进行1C充放电循环。具体地，1C恒流充电，1C恒流放电，将钠离子电池进行1C/1C充放电循环过程，当钠离子电池的容量保持率下降至80％时，记录循环圈数。
钠离子电池的高温循环性能测试：
将实施例1-18以及对比例1-3提供的钠离子电池分别在45℃下进行1C充放电循环。具体地，1C恒流充电，1C恒流放电，将钠离子电池进行1C/1C充放电循环过程，当钠离子电池的容量保持率下降至80％时，记录循环圈数。
表1为实施例1-18以及对比例1-3提供的钠离子电池中层状正极活性材料的主元素以及掺杂元素的成分列表。表2为实施例1-18以及对比例1-3提供的钠离子电池中层状正极活性材料的物性参数列表。表3为实施例1-18以及对比例1-3提供的钠离子电池的循环性能列表。
表1
Figure BDA0004030767340000211
Figure BDA0004030767340000221
Figure BDA0004030767340000231
表2
Figure BDA0004030767340000241
Figure BDA0004030767340000251
表3
Figure BDA0004030767340000252
Figure BDA0004030767340000261
图1为实施例1所提供的钠离子电池的正极极片的剖面的扫描电镜图，图2为对比例2所提供的钠离子电池的正极极片的剖面的扫描电镜图，由图1和图2比对可知，本申请实施例1提供的正极极片的正极活性材料层的加工性能更好，压实更紧密，对比例2提供的正极极片的正极活性材料层中层状正极活性材料内的游离钠中NaOH的含量差大于10％，导致对比例2制备的正极极片的正极活性材料层的结构稳定性较差，进而导致对比例2制备的钠离子电池的常温(25℃)循环性能和高温(45℃)循环性能较差。
由表3所提供的循环测试结果可以看出，当在用纯水和无水乙醇做溶剂进行游离钠测试时，层状正极活性材料内的游离钠中NaOH的含量差小于10％有利于提升钠离子电池的循环性能，差值越小，正极活性材料层的结构稳定性越好，钠离子电池的循环性能越好。参照实施例12和实施例13以及实施例17～18，由于实施例12和13以及实施例17和18制备的钠离子电池，层状正极活性材料内的游离钠中NaOH的含量差虽然小于10％，但是处于高位，分别为7.06％、8.61％、8.87％和8.88％，导致实施例12和13以及实施例17和18制备的钠离子电池在常温下容量保持率下降至80％时的循环圈数分别仅有399圈、325圈、321圈和318圈，高温下容量保持率下降至80％时的循环圈数分别仅有129圈、104圈、103圈和102圈，明显低于其他实施例。
参照对比例1～3，对比例1～3制备的钠离子电池，层状正极活性材料内的游离钠中NaOH的含量差大于10％，导致对比例1～3制备的钠离子电池的常温(25℃)循环性能和高温(45℃)循环性能均比实施例1～18制备的钠离子电池差。
以上对本申请实施例所提供的一种钠离子电池及用电设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (11)

1.一种钠离子电池，包括正极极片，所述正极极片包括正极集流体及设置于所述正极集流体的至少一个表面上的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括层状正极活性材料，其特征在于，
以纯水为溶剂，对所述层状正极活性材料进行游离钠测试，得到所述正极活性材料中的NaOH含量为C1；
以无水乙醇为溶剂，对所述层状正极活性材料进行游离钠测试，得到所述正极活性材料中的NaOH含量为C2；
其中，C1和C2满足：0％≤C1-C2≤10％。
2.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，0.01％≤C1≤10％。
3.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，0.01％≤C2≤1％。
4.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述层状正极活性材料包括分子式为Na1+αNixCuyFezMnsMepO2的化合物，其中，-0.1≤α≤0.1，0≤x≤0.8，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0≤s≤0.5，0≤p≤0.05，x+y+z+s+p＝1，Me包括Zr、Al、Sr、Mg、W、Y、Nb、Ti、Ru、Mo中的至少一者。
5.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述层状正极活性材料的pH值为11.0～13.0。
6.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述层状正极活性材料的粒径分布Dn10满足0.1μm≤Dn10≤3.0μm。
7.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述层状正极活性材料的粒径分布Dv50满足3.0μm≤Dv50≤15.0μm。
8.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述层状正极活性材料的粒径分布Dv90满足8.0μm≤Dv90≤28.0μm。
9.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述层状正极活性材料的比表面积为0.2g/cm2～1.5g/cm2。
10.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述层状正极活性材料在30KN下的压实密度为2.7g/cm3～3.8g/cm3。
11.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求1～10任一项所述的钠离子电池。
CN202211727856.XA 2022-12-30 2022-12-30 钠离子电池及用电设备 Pending CN116130626A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211727856.XA CN116130626A (zh) 2022-12-30 2022-12-30 钠离子电池及用电设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211727856.XA CN116130626A (zh) 2022-12-30 2022-12-30 钠离子电池及用电设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116130626A true CN116130626A (zh) 2023-05-16

Family

ID=86298640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211727856.XA Pending CN116130626A (zh) 2022-12-30 2022-12-30 钠离子电池及用电设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116130626A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117080450A (zh) * 2023-10-17 2023-11-17 江苏天鹏电源有限公司 钠离子电池正极极片及钠离子电池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117080450A (zh) * 2023-10-17 2023-11-17 江苏天鹏电源有限公司 钠离子电池正极极片及钠离子电池
CN117080450B (zh) * 2023-10-17 2023-12-26 江苏天鹏电源有限公司 钠离子电池正极极片及钠离子电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111180690B (zh) 改性镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法与应用
CN109616614B (zh) 负极极片和使用其的电化学装置和电子装置
WO2016188477A2 (zh) 碳包覆三元正极材料及其制备方法、锂离子电池
CN110931768A (zh) 一种高镍类单晶锂离子电池三元正极材料及制备方法
KR20070056765A (ko) 리튬 이차 전지용 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
CN102646810A (zh) 一种三维多孔石墨烯掺杂与包覆钛酸锂复合负极材料的制备方法
JPH07307165A (ja) リチウム二次電池
CN116504954B (zh) 一种正极材料及其制备方法和钠离子电池
CN115911327A (zh) 钠离子正极材料及其制备方法、二次电池
CN113381005A (zh) 一种单晶三元正极材料、连续制备方法和装置以及应用
Zhu et al. Structural and electrochemical characterization of mechanochemically synthesized calcium zincate as rechargeable anodic materials
CN115732674A (zh) 钠正极前驱体材料及其制备方法和应用
CN109860536A (zh) 一种富锂锰基材料及其制备方法和应用
CN115881917A (zh) 正极活性材料及其制备方法、钠离子电池和用电设备
CN115872459A (zh) 双层包覆三元前驱体及其制备方法和应用
WO1998054778A1 (fr) Accumulateur electrolytique non aqueux
CN114725346A (zh) 钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池
CN116130626A (zh) 钠离子电池及用电设备
CN117208974A (zh) 一种单晶型锂离子电池三元正极材料及其制备方法和应用
CN116565182A (zh) 钠离子电池复合正极材料及其制备方法、正极极片和钠离子电池
CN116722141A (zh) 钠离子电池正极材料的包覆材料、正极材料及其制备方法
CN114497526B (zh) 一种合成三元正极材料的方法
CN114275828B (zh) 富镍材料及其制备方法、正极片、电池及用电设备
CN115241435A (zh) 一种层状Na3M2XO6氧化物包覆改性的锰酸钠正极材料及其制备方法
CN115084457A (zh) 一种高压实长寿命三元正极材料及其制备方法

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
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 518107 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: 518107 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.