制备方法、测试方法及电池与流程

本申请涉及钠离子电池，尤其涉及一种制备方法、测试方法及电池。

背景技术：

1、目前广泛使用的钠离子电池的正极活性材料主要有聚阴离子型、普鲁士、层状氧化物等。

2、其中，层状氧化物按照导电离子区分主要包括钠基层状氧化物、锂基层状氧化物等。

3、以钠基层状氧化物为例，根据钠离子的配位环境和氧的堆积方式不同，主要包括o3相(八面体型)和p2相(三棱柱型)两种。层状氧化物结构拥有良好的离子通道，但循环性能存在一定短板。

4、比如，o3型层状氧化物作为高容量型钠电正极活性材料，理论容量约为240mah/g，但在钠脱嵌的过程中，由于过渡金属层变化引起整体钠层变化从而使气构成的电池的充电循环性能、倍率性能(指充电/放电的倍率性能，下同)受到影响。

5、在相关技术中，可以采用包覆改性的技术手段来改善o3型材料所构成的电池的充电循环性能，但这往往会伴随着容量的损失，并且无法有效改善倍率性能。

6、现有的正极活性材料所制备的钠离子电池仍无法在兼顾容量的前提下有效改善充电循环性能和倍率性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种正极活性材料及其制备方法，旨在改善现有的钠离子电池的充电循环性能和倍率性能。

2、本申请实施例是这样实现的，一种正极活性材料，包括：层状氧化物；所述层状氧化物化学式为naxniafebmncmdo2；

3、其中，m为mg、al、ca、ti、zr、w、ta、nb、mo、zn、cu、sr中的一种或多种；

4、其中，0.95≤x≤1.05，0.25≤a≤0.50，0.10≤b≤0.40，0.3≤c≤0.5，0＜d≤0.1，并且a+b+c+d＝1；

5、其中，所述层状氧化物包括壳层，所述壳层被构造为具有晶格拓展结构；所述壳层的厚度的取值范围包括0.25～1.25μm。

6、其中，所述层状氧化物壳层的钠层间距扩宽度所述ce1为参照物质的电能容量；所述ce2为所述层状氧化物的电能容量，ce1和ce2均为同一个充放电电压区间10％soc下测量的电能容量；参照物质的化学式为naxniafebmnco2；所述dna+为所述层状氧化物的钠层的层间距；所述cna为一摩尔的所述层状氧化物中的钠离子完全脱出或嵌入所产生的摩尔电能容量；所述rna+为所述层状氧化物中的钠离子的离子半径；所述钠层间距扩宽度τ的取值范围包括0.001～0.2。

7、可选的，在本申请的一些实施例中，所述ce2-ce1的取值范围包括0.01～5mah/g。

8、可选的，在本申请的一些实施例中，所述dna+的取值范围包括

9、可选的，在本申请的一些实施例中，所述正极活性材料被构造为颗粒材料。

10、可选的，在本申请的一些实施例中，所述正极活性材料的中值粒径的取值范围包括4～15μm。

11、可选的，在本申请的一些实施例中，所述正极活性材料的振实密度的取值范围包括1.9～2.3g/cm3。

12、可选的，在本申请的一些实施例中，所述正极活性材料的比表面积的取值范围包括0.3～1m2/g。

13、可选的，在本申请的一些实施例中，所述正极活性材料中co32-的质量百分数的取值范围包括0～1.5wt％。

14、可选的，在本申请的一些实施例中，所述正极活性材料中oh-的质量百分数的取值范围包括0～1.5wt％。

15、可选的，在本申请的一些实施例中，所述正极活性材料中h2o的质量百分数的取值范围包括0～0.05wt％。

16、相应的，本申请实施例还提供一种正极活性材料的制备方法，包括如下步骤：

17、制备含有ni、fe和mn的第一前驱体；

18、对至少由所述第一前驱体与第一配料混合而成的第一混合物进行一次烧结以获得第一产物，所述第一配料中至少包含钠盐；

19、对至少由所述第一产物与第二配料混合而成的第二混合物进行二次烧结以获得所述正极活性材料；

20、其中，所述层状氧化物化学式为naxniafebmncmdo2；

21、其中，m为mg、al、ca、ti、zr、w、ta、nb、mo、zn、cu、sr中的一种或多种；

22、其中，0.95≤x≤1.05，0.25≤a≤0.50，0.10≤b≤0.40，0.3≤c≤0.5，0＜d≤0.1，并且a+b+c+d＝1；

23、其中，所述层状氧化物包括壳层，所述壳层被构造为具有晶格拓展结构；所述壳层的厚度的取值范围包括0.25～1.25μm；

24、其中，所述层状氧化物壳层的钠层间距扩宽度所述ce1为参照物质的电能容量；所述ce2为所述层状氧化物的电能容量；ce1和ce2均为同一个充放电电压区间10％ soc下测量的电能容量；参照物质的化学式为naxniafebmnco2；所述dna+为所述层状氧化物的钠层的层间距；所述cna为一摩尔的所述层状氧化物中的钠离子完全脱出或嵌入所产生的摩尔电能容量；所述rna+为所述层状氧化物中的钠离子的离子半径；所述钠层间距扩宽度τ的取值范围包括0.001～0.2。

25、可选的，在本申请的一些实施例中，其中，所述制备含有ni、fe和mn的第一前驱体，包括：

26、将含镍化合物、含铁化合物和含锰化合物采用共沉淀法制备所述第一前驱体；

27、其中，所述第一前驱体中ni取值范围为0.25～0.50mol、fe取值范围为0.10～0.40mol和mn的取值范围为0.3～0.5mol。

28、可选的，在本申请的一些实施例中，其中，所述第一配料和/或所述第二配料包括m元素的氧化物、硫化物、氮化物中的一种或多种；和/或

29、所述第一配料和/或所述第二配料包括氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化锆中的一种或多种。

30、可选的，在本申请的一些实施例中，所述钠盐包括无水碳酸钠、一水合碳酸钠、十水合碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠中的一种或多种。

31、可选的，在本申请的一些实施例中，所述一次烧结的温升取值范围包括3～10℃/min。

32、可选的，在本申请的一些实施例中，所述一次烧结的烧结温度的取值范围包括700～1000℃。

33、可选的，在本申请的一些实施例中，所述一次烧结的烧结时间的取值范围包括10～30h。

34、可选的，在本申请的一些实施例中，所述二次烧结的温升取值范围包括3～10℃/min。

35、可选的，在本申请的一些实施例中，所述二次烧结的烧结温度的取值范围包括700～1000℃。

36、可选的，在本申请的一些实施例中，所述二次烧结的烧结时间的取值范围包括5h至10h。

37、本申请提供了一种在兼顾容量的前提下有效改善充电循环性能和倍率性能的正极活性材料及其制备方法。

技术特征：

1.一种制备方法，用于制备正极活性材料，所述制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

8.一种电池，包括：权利要求1至7任意一项所述的制备方法所制备的正极活性材料。

9.一种测试方法，用于测试权利要求1至7任意一项所述的制备方法所制备的正极活性材料中层状氧化物的钠层间距扩宽度；

10.一种测试方法，用于测试权利要求1至7任意一项所述的制备方法所制备的正极活性材料中层状氧化物的钠层间距扩宽度；

技术总结本申请公开了一种正极活性材料的制备方法、测试方法及电池，其中，正极活性材料制备方法包括如下步骤：制备含有Ni、Fe和Mn的第一前驱体；对至少由所述第一前驱体与第一配料混合而成的第一混合物进行一次烧结以获得第一产物，所述第一配料中至少包含钠盐；对至少由所述第一产物与第二配料混合而成的第二混合物进行二次烧结以获得所述正极活性材料；其中，所述正极活性材料包括：层状氧化物；其中，所述层状氧化物壳层的钠层间距扩宽度τ，其取值范围为0.001～0.2，且本申请提供了一种在兼顾容量的前提下有效改善充电循环性能和倍率性能的正极活性材料的制备方法、测试方法及电池。技术研发人员：蔡嘉伟,骆亦琦,陈龙,李子坤,黄友元受保护的技术使用者：深圳市贝特瑞新能源技术研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29