本申請屬于電池，具體而言，涉及正極活性材料及其制備方法、正極極片、電池和用電裝置。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池具有綠色、環(huán)保、高能、低碳等特點，不僅被應(yīng)用于水力、火力、風(fēng)力和太陽能電站等儲能電源系統(tǒng)，還被廣泛應(yīng)用于電動自行車、電動摩托車、電動汽車等電動交通工具，以及軍事裝備和航空航天等多個領(lǐng)域。然而，鋰在地殼中的含量稀少，且隨著鋰資源的供不應(yīng)求，其價格也快速上漲。鈉元素與鋰元素的物理化學(xué)性質(zhì)非常相似，且鈉元素在地殼中的儲量豐富、成本低廉，采用鈉元素代替鋰元素開發(fā)的鈉離子電池受到了越來越多的關(guān)注。

2、公開內(nèi)容

3、鑒于背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┮环N正極活性材料，旨在提高正極的比容量和電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

4、為了實現(xiàn)上述目的，本申請的第一方面提供一種正極活性材料，其包括：

5、naxmnacubm1cm2dm3eo2+f-grg，

6、其中，m1包括可形成價態(tài)小于或等于正二價的陽離子的元素；m2包括可形成價態(tài)為正三價的陽離子的元素；m3包括可形成價態(tài)大于或等于正四價的陽離子的元素，r包括ⅶa族元素，0.67≤x≤1.2，a+b+c+d+e＝1，a＞0，b＞0，c≥0，d≥0，e≥0，-0.1≤f≤0.1，0≤g≤0.05，

7、本申請第一方面的正極活性材料至少具有以下有益效果：有利于使更多的銅進入正極活性材料的晶格中，在改善正極活性材料循環(huán)穩(wěn)定性的同時，減少cuo雜相的含量，改善正極活性材料的比容量。

8、在本申請的一些實施例中，m1包括以下元素中的至少之一：li、k、mg、ca、zn、ni，可選地，包括ni。m1選擇所給范圍內(nèi)的元素，可以在脫嵌鈉的過程中提供電荷補償，或激活附近氧的氧化還原電荷補償，有利于提高正極活性材料的比容量。

9、在本申請的一些實施例中，m2包括以下元素中的至少之一：cr、al、b、fe、co、in、y、la、bi，可選地，包括cr、fe、co中的至少之一。m2選擇所給范圍內(nèi)的元素，可以在脫嵌鈉的過程中提供電荷補償，或激活附近氧的氧化還原電荷補償，有利于提高正極活性材料的比容量。

10、在本申請的一些實施例中，m3包括以下元素中的至少之一：ti、zr、nb、mo、w、sn、sb、si、ce。m3選擇所給范圍內(nèi)的元素，有利于改善正極活性材料的循環(huán)穩(wěn)定性和比容量。

11、在本申請的一些實施例中，r包括以下元素中的至少之一：f、cl，可選地，包括f。r選擇所給范圍內(nèi)的元素，有利于穩(wěn)定正極活性材料中的氧，從而降低正極活性材料中晶格釋氧導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞，提高正極活性材料的穩(wěn)定性，進而提高電池的容量保持率。

12、在本申請的一些實施例中，滿足所給條件有利于進一步改善正極活性材料的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

13、在本申請的一些實施例中，0.7≤x≤1，可選為0.8≤x≤1。

14、在本申請的一些實施例中，0.3≤a≤0.7，可選為0.3≤a≤0.5。

15、在本申請的一些實施例中，0.05≤b≤0.2，可選為0.1≤b≤0.15。

16、在本申請的一些實施例中，0.1≤c≤0.3，可選為0.15≤c≤0.25。

17、在本申請的一些實施例中，0.1≤d≤0.4，可選為0.2≤d≤0.3。

18、在本申請的一些實施例中，0≤e≤0.1，可選為0.01≤e≤0.05。

19、在本申請的一些實施例中，所述正極活性材料的相態(tài)包括第一相，所述第一相的層間距為0.525nm～0.545nm，可選為0.53nm～0.54nm?；诘谝幌嗟恼龢O活性材料首圈庫倫效率更高。

20、在本申請的一些實施例中，所述正極活性材料的相態(tài)包括第二相，所述第二相的層間距為0.54nm～0.57nm?；诘诙嗟恼龢O活性材料中鈉離子的遷移較快，倍率性能較好。

21、在本申請的一些實施例中，所述正極活性材料的相態(tài)包括o3相，空間群包括層間距為0.53nm～0.54nm。滿足o3相相態(tài)的正極活性材料中鈉離子含量較高，有利于改善正極活性材料和電池的首次庫倫效率。

22、在本申請的一些實施例中，所述正極活性材料的相態(tài)包括p2相，空間群包括p63/mmc，層間距為0.54nm～0.57nm。滿足p2相相態(tài)的正極活性材料中鈉離子的遷移較快，有利于改善正極活性材料和電池的倍率性能及快充性能。

23、在本申請的一些實施例中，所述正極活性材料的相態(tài)包括o3相和p2相，o3相相態(tài)的所述正極活性材料和p2相相態(tài)的所述正極活性材料的質(zhì)量比為(1～10)：1。滿足所給條件有利于發(fā)揮o3相和p2相的協(xié)同效果。

24、在本申請的一些實施例中，所述正極活性材料的粒徑dv50為2μm～30μm，可選為4μm～12μm。

25、在本申請的一些實施例中，所述正極活性材料的比表面積為0.1m2/g～2m2/g，可選為0.3m2/g～1m2/g。

26、在本申請的一些實施例中，所述正極活性材料在300mpa壓力下的壓實密度為3g/cm3～5g/cm3，可選為3.0g/cm3～4.0g/cm3。

27、本申請的第二方面提供了一種制備本申請第一方面的正極活性材料的方法，其包括：對包括鈉源、錳源和銅源的原料組分進行焙燒。

28、本申請第二方面的制備正極活性材料的方法至少具有以下有益效果：不僅工藝簡單，還能利用錳元素和銅元素來改善正極活性材料的電化學(xué)性能。

29、在本申請的一些實施例中，所述鈉源、所述錳源和所述銅源分別獨立地包括氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽中的至少之一。

30、在本申請的一些實施例中，所述原料組分還包括：m1源、m2源和m3源中的至少之一，可選地，所述m1源、m2源和m3源分別獨立地包括氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽中的至少之一。

31、本申請的第三方面提供一種正極極片，其包括：本申請第一方面的正極活性材料，或采用本申請第二方面的方法制得的正極活性材料。

32、本申請的第四方面提供一種電池，其包括：本申請第三方面的正極極片、或采用本申請第二方面的方法制得的正極活性材料，或本申請第一方面的正極活性材料。

33、本申請的第五方面提供了一種用電裝置，其包括：本申請第四方面所述的電池。

技術(shù)實現(xiàn)思路

技術(shù)特征：

1.一種正極活性材料，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極活性材料，其特征在于，滿足以下條件中的至少之一：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的正極活性材料，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項所述的正極活性材料，其特征在于，滿足以下條件中的至少之一：

5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材料的相態(tài)包括第一相，所述第一相的層間距為0.525nm～0.545nm，可選為0.53nm～0.54nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項所述的正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材料的相態(tài)包括第二相，所述第二相的層間距為0.54nm～0.57nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項所述的正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材料的相態(tài)包括o3相和p2相，o3相相態(tài)的所述正極活性材料和p2相相態(tài)的所述正極活性材料的質(zhì)量比為(1～10)：1。

9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任一項所述的正極活性材料，其特征在于，滿足以下條件中的至少之一：

10.一種制備權(quán)利要求1～9中任一項所述的正極活性材料的方法，其特征在于，包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，滿足以下兩個條件中的至少之一：

12.一種正極極片，其特征在于，包括：權(quán)利要求1～9中任一項所述的正極活性材料，或采用權(quán)利要求10或11所述的方法制得的正極活性材料。

13.一種電池，其特征在于，包括：權(quán)利要求12所述的正極極片，或采用權(quán)利要求10或11所述的方法制得的正極活性材料，或權(quán)利要求1～9中任一項所述的正極活性材料。

14.一種用電裝置，其特征在于，包括：權(quán)利要求13所述的電池。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了正極活性材料及其制備方法、正極極片、電池和用電裝置。該正極活性材料包括：Na<subgt;x</subgt;Mn<subgt;a</subgt;Cu<subgt;b</subgt;M1<subgt;c</subgt;M2<subgt;d</subgt;M3<subgt;e</subgt;O<subgt;2+f?g</subgt;R<subgt;g</subgt;，其中，M1包括可形成價態(tài)小于或等于正二價的陽離子的元素；M2包括可形成價態(tài)為正三價的陽離子的元素；M3包括可形成價態(tài)大于或等于正四價的陽離子的元素，R包括ⅦA族元素，0.67≤x≤1.2，a+b+c+d+e＝1，a＞0，b＞0，c≥0，d≥0，e≥0，?0.1≤f≤0.1，0≤g≤0.05，該正極活性材料有利于使更多的銅進入正極活性材料的晶格中，在改善正極活性材料循環(huán)穩(wěn)定性的同時，減少CuO雜相的含量，改善正極活性材料的比容量。

技術(shù)研發(fā)人員：吳凱,梁子彬,王宇豪,林文光,李強,張欣欣
受保護的技術(shù)使用者：寧德時代新能源科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26