本申請(qǐng)涉及新能源，尤其涉及一種鈉離子電池正極材料及其制備方法、正極極片、鈉離子電池和涉電設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，鋰離子電池因其較高的能力密度和熱穩(wěn)定性，在電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能領(lǐng)域得到了大規(guī)模應(yīng)用，但鋰資源在地球上豐度較低且開(kāi)采難度大，因此，急需新的化學(xué)體系來(lái)彌補(bǔ)鋰資源短缺問(wèn)題。近年來(lái)，鈉離子電池憑借其資源和成本優(yōu)勢(shì)在電化學(xué)儲(chǔ)能及中低速電動(dòng)汽車領(lǐng)域展示出巨大的應(yīng)用潛力。

2、鈉離子電池正極材料根據(jù)成分和結(jié)構(gòu)可以分為層狀氧化物類、普魯士藍(lán)類、聚陰離子類以及有機(jī)類。提高工作電壓是提升鈉離子電池能量密度的一種有效手段，但是當(dāng)充電電壓提高到4.0v以上時(shí)，正極材料中的ni2+會(huì)失去電子氧化成ni4+，而具有催化活性的ni4+會(huì)與電解液發(fā)生副反應(yīng)，此過(guò)程不僅會(huì)消耗電解液中的有機(jī)溶劑，還會(huì)發(fā)生ni4+的還原在正極表面形成一層惰性物質(zhì)nio，降低na+的傳輸和增加電池的阻抗，從而影響鈉離子電池的電化學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的在于提供一種鈉離子電池正極材料及其制備方法、正極極片、鈉離子電池和涉電設(shè)備，旨在解決現(xiàn)有鈉離子電池正極材料提高工作電壓會(huì)降低na+的傳輸和增加電池的阻抗的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N鈉離子電池正極材料，包括內(nèi)核和包覆所述內(nèi)核的外殼，所述內(nèi)核的化學(xué)式為naanixfeymnzm1(1-x-y-z)o2，其中，0.9≤a≤1.05，0＜x≤1.0，0≤y≤1.0，0≤z≤1.0，0＜1-x-z-y＜1.0，m1選自al、mg、ti、zr、y、la、ca、zn、cu、w、li、sr中的一種或多種；

3、所述外殼的化學(xué)式為nam2kbrmnso2，其中，0＜r＜1，0≤k＜1-r-s，m2選自al、mg、ti、zr、y、la、ca、w中的一種或多種。

4、在一些實(shí)施例中，所述外殼中錳源的包覆量為所述內(nèi)核質(zhì)量的0.3％-3.5％。

5、在一些實(shí)施例中，以所述內(nèi)核質(zhì)量計(jì)，所述外殼中硼源的包覆量為300-4000ppm。

6、在一些實(shí)施例中，以所述內(nèi)核質(zhì)量計(jì)，所述外殼中m2源的包覆量為300-10000ppm。

7、在一些實(shí)施例中，滿足以下條件中的至少一個(gè)：

8、a.所述鈉離子電池正極材料為單晶顆粒；

9、b.所述鈉離子電池正極材料的d50為4.5-8.3μm；

10、c.所述鈉離子電池正極材料的比表面積為0.25-0.7m2/g；

11、d.所述鈉離子電池正極材料的振實(shí)密度為2.1-3.2g/cm3；

12、e.所述外殼的厚度為1.2-6nm；

13、f.所述外殼中b元素分布在表面0.2-2.0nm的區(qū)域。

14、本申請(qǐng)還提供一種上述的鈉離子電池正極材料的制備方法，包括：

15、將與所述內(nèi)核相同的正極材料與錳源、硼源混合，煅燒，得到所述鈉離子電池正極材料。

16、在一些實(shí)施例中，滿足以下條件中的至少一個(gè)：

17、a.所述錳源的粒徑為30-200nm；

18、b.所述錳源選自mno、(ch3coo)2mn中的任一種；

19、c.所述硼源的粒徑為30-200nm；

20、d.所述硼源選自h3bo3、b2o3中的任一種；

21、e.所述煅燒溫度為300-750℃；

22、f.所述煅燒時(shí)間為5-10h；

23、g.所述混合還包括加入m2源，所述m2源的粒徑為30-200nm。

24、本申請(qǐng)還提供一種正極極片，包括上述的鈉離子電池正極材料。

25、本申請(qǐng)還提供一種鈉離子電池，包括上述的正極極片。

26、本申請(qǐng)還提供一種涉電設(shè)備，包括上述的鈉離子電池。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)的有益效果包括：

28、本申請(qǐng)?zhí)峁┑拟c離子電池正極材料的外殼包覆層中包括mn和b，mn元素在充放電過(guò)程中不發(fā)生變價(jià)反應(yīng)，起到維持電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的作用，來(lái)改善鈉電正極材料在高電壓下的界面穩(wěn)定性，防止電解質(zhì)在充電過(guò)程中的化學(xué)侵蝕，減輕過(guò)渡金屬溶解現(xiàn)象，降低循環(huán)過(guò)程中界面結(jié)構(gòu)惡化導(dǎo)致的不可逆容量損失。另外，正極材料中的mn元素的價(jià)態(tài)通常是+3和+4的混合模式，其中mn4+占比較高，mn3+占比相對(duì)很低，但是由于mn3+在過(guò)渡金屬層的晶體場(chǎng)穩(wěn)定化能小于mn4+，往往會(huì)從過(guò)渡金屬層的八面體配位環(huán)境遷移至na層的四面體間隙位置，會(huì)導(dǎo)致過(guò)渡金屬層出現(xiàn)氧空位并惡化結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而非金屬元素b的引入由于離子半徑較小，合成過(guò)程中會(huì)傾向于占據(jù)na層的四面體間隙位置，由于具有同種正電荷的b4+與mn3+之間會(huì)產(chǎn)生散射效應(yīng)，從而會(huì)阻止mn3+從過(guò)渡金屬層遷移至na的四面體間隙，進(jìn)一步提高鈉電正極材料在高電壓下的界面穩(wěn)定性。

29、該包覆設(shè)計(jì)利用化學(xué)穩(wěn)定性較高的mn元素抑制界面副反應(yīng)發(fā)生的同時(shí)，并通過(guò)輕質(zhì)元素b阻止微量mn3+的層間遷移，利用多種元素的協(xié)同效應(yīng)大幅改善鈉離子電池的電化學(xué)性能，特別是高溫儲(chǔ)存性能和循環(huán)性能。

30、本申請(qǐng)?zhí)峁┑恼龢O極片、鈉離子電池和涉電設(shè)備由于采用本申請(qǐng)的鈉離子電池正極材料，具有良好的能量密度和循環(huán)壽命。

技術(shù)特征：

1.一種鈉離子電池正極材料，其特征在于，包括內(nèi)核和包覆所述內(nèi)核的外殼，所述內(nèi)核的化學(xué)式為naanixfeymnzm1(1-x-y-z)o2，其中，0.9≤a≤1.05，0＜x＜1.0，0＜y＜1.0，0＜z＜1.0，0＜1-x-z-y＜1.0，m1選自al、mg、ti、zr、y、la、ca、zn、cu、w、li、sr中的一種或多種；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子電池正極材料，其特征在于，所述外殼中錳源的包覆量為所述內(nèi)核質(zhì)量的0.3％-3.5％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子電池正極材料，其特征在于，以所述內(nèi)核質(zhì)量計(jì)，所述外殼中硼源的包覆量為300-4000ppm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子電池正極材料，其特征在于，以所述內(nèi)核質(zhì)量計(jì)，所述外殼中m2源的包覆量為300-10000ppm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子電池正極材料，其特征在于，滿足以下條件中的至少一個(gè)：

6.一種如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，滿足以下條件中的至少一個(gè)：

8.一種正極極片，其特征在于，包括權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的鈉離子電池正極材料。

9.一種鈉離子電池，其特征在于，包括權(quán)利要求8所述的正極極片。

10.一種涉電設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的鈉離子電池。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N鈉離子電池正極材料及其制備方法、正極極片、鈉離子電池和涉電設(shè)備，涉及新能源技術(shù)領(lǐng)域。本申請(qǐng)?zhí)峁┑拟c離子電池正極材料的外殼包覆層中包括Mn和B，Mn元素在充放電過(guò)程中不發(fā)生變價(jià)反應(yīng)，起到維持電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的作用，來(lái)改善鈉電正極材料在高電壓下的界面穩(wěn)定性，防止電解質(zhì)在充電過(guò)程中的化學(xué)侵蝕，減輕過(guò)渡金屬溶解現(xiàn)象，降低循環(huán)過(guò)程中界面結(jié)構(gòu)惡化導(dǎo)致的不可逆容量損失；而B(niǎo)的引入由于離子半徑較小，合成過(guò)程中會(huì)傾向于占據(jù)Na層的四面體間隙位置，由于具有同種正電荷的B<supgt;4+</supgt;與Mn<supgt;3+</supgt;之間會(huì)產(chǎn)生散射效應(yīng)，從而會(huì)阻止Mn<supgt;3+</supgt;從過(guò)渡金屬層遷移至Na的四面體間隙，進(jìn)一步提高鈉電正極材料在高電壓下的界面穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉建文,謝玉強(qiáng),王濤,卿小敏,羅興懷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳為方能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2