一种正极极片及其制备方法、钠离子电池和用电设备与流程

本发明涉及钠离子电池，具体而言，涉及一种正极极片及其制备方法、钠离子电池和用电设备。

背景技术：

1、相对于锂离子电池而言，钠离子电池虽然有一定的成本优势，但是能量密度相对而言也较低，会限制钠离子在市场端的应用，为了提升钠离子电池的能量密度，相对常用的方法之一是使用更高容量的正极材料。在钠离子正极材料中，镍的含量越高，将越容易得到相对较高的容量，目前市场上市场化程度相对较高的高容量正极材料为nfm，即以镍、铁、锰这三种元素为主元素的正极材料，其镍含量≥30％。据了解，这种正极材料的放电容量可达160～180mah/g，随着元素比例及其他材料改性方法的轻微变动，容量等也会有一定的波动，但总体容量较高，这类材料在市场端有相对较好的竞争力。

2、但该材料充电过程中在4.15v～4.25v具有相对较高的容量，因此需要在高电压段使用，才能将其容量发挥出来。

3、然而，在高电压条件下，对电解液的氧化作用增大，反应会消耗电子并产生副产物包覆在正极材料表面，循环过程中副产物不断堆积将使得电池的内阻持续增加，并且，高电压段的存在使得电池活化过程中不可避免的与电解液有部分反应，使电池内阻进一步增加，导致电池后续循环过程中倍率性能和循环性能下降。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种正极极片，通过控制正极材料高电压段容量占比a与正极极片的单面面密度cw满足关系式0.5<cw×a<2.25，并控制a与导电剂占比b和碳酸钠含量c足关系式1.7<b/100ac<10，能够有效降低电池的内阻，进而提高其倍率性能和循环性能。解决了高电压条件导致内阻增大的技术问题。

2、本发明的第二目的在于提供一种正极极片的制备方法，该制备方法具有操作简单，流程短，以及适合批量化生产的优点。

3、本发明的第三目的在于提供一种钠离子电池，该钠离子电池具有较高的能量密度，同时能够保持优异的循环性能和较好的倍率性能。

4、本发明的第四目的在于提供一种用电设备。

5、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

6、本发明首先提供了一种正极极片，所述正极极片包括正极活性层，所述正极活性层主要由正极材料、导电剂和粘结剂组成，所述正极材料包括镍元素摩尔量占除钠外其他金属元素总摩尔量≥30％的钠镍铁锰氧化物；

7、其中，所述正极材料在4.15v～4.25v之间的充电容量占总充电容量的百分比为a；所述正极极片的单面面密度为cw，所述cw的单位为mg/cm2；所述a与所述cw满足如下关系式：0.5<cw×a<2.25；

8、所述正极活性层中所述导电剂所占的质量分数为b，所述正极材料中碳酸钠所占的质量分数为c，所述a、所述b与所述c满足如下关系式：

9、1.7<b/100ac<10。

10、本发明进一步提供了所述正极极片的制备方法，包括如下步骤：

11、将含有正极材料、导电剂和粘结剂的正极浆料涂覆在集流体表面，干燥后得到所述正极极片。

12、本发明又提供了一种钠离子电池，包括所述正极极片。

13、本发明还提供了一种用电设备，包括所述钠离子电池。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

15、(1)本发明提供的正极极片，通过控制正极材料高电压段容量占比a与正极极片的单面面密度cw满足关系式0.5<cw×a<2.25，并控制a与导电剂占比b和碳酸钠含量c足关系式1.7<b/100ac<10，由其制得的电池在具有高能量密度的情况下，能够有效降低电池的内阻，使电池同时保持优异的循环性能和高倍率性能。

16、(2)本发明提供的钠离子电池，通过在电解液中添加naclo4，其在正极材料表面分解形成稳定的聚合状链，可以减少电解液与正极材料后续副反应的发生，从而进一步降低电池内阻。

17、(3)本发明提供的钠离子电池，通过控制n/p比，可以降低析钠风险。

技术特征：

1.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括正极活性层，所述正极活性层主要由正极材料、导电剂和粘结剂组成，所述正极材料包括镍元素摩尔量占除钠外其他金属元素总摩尔量≥30％的钠镍铁锰氧化物；

2.根据权利要求1所述正极极片，其特征在于，所述a＝5％～15％；

3.根据权利要求1所述正极极片，其特征在于，所述b＝1％～4％；

4.根据权利要求1所述正极极片，其特征在于，所述正极材料的化学式为namnixfeymnzano2，其中，0.95≤m≤1.08，0.35≤x≤0.45，0.15≤y≤0.25，0.35≤z≤0.45，0≤n≤0.05，x+y+z+n＝1，a包括mg、ca、al、cr、co、v、y、zr、ti、sr、ba、sn、nb、ta、mo和zn元素中的至少一种。

5.如权利要求1～4任一项所述正极极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.一种钠离子电池，其特征在于，包括如权利要求1～4任一项所述正极极片。

7.根据权利要求6所述钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池还包括电解液，且所述电解液中含有naclo4。

8.根据权利要求7所述钠离子电池，其特征在于，所述电解液中的所述naclo4所占的质量分数为0.05％～0.3％。

9.根据权利要求6所述钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池的n/p比为1.15～1.25。

10.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求6～9任一项所述钠离子电池。

技术总结本发明涉及钠离子电池技术领域，具体而言，涉及一种正极极片及其制备方法、钠离子电池和用电设备。正极极片包括正极活性层，正极活性层包括正极材料、导电剂和粘结剂，正极材料包括镍元素摩尔量占除钠外其他金属元素总摩尔量≥30％的钠镍铁锰氧化物；正极材料在4.15V～4.25V之间的充电容量占总充电容量的百分比为a；正极极片的单面面密度为CW，CW的单位为mg/cm2；a与CW满足关系式0.5<CW×a<2.25；正极活性层中导电剂所占的质量分数为b，正极材料中碳酸钠所占的质量分数为c，a、b与c满足关系式1.7<b/100ac<10。该正极极片在高电压下具有低内阻，能够保持优异的循环性能和倍率性能。技术研发人员：刘茜,戚兴国,黄春杰,李树军,唐堃受保护的技术使用者：溧阳中科海钠科技有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29