一种正极材料及其制备方法、正极极片、钠离子电池和用电设备与流程

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

背景技术：

1、在钠离子电池快速发展中，钠离子电池层状氧化物有着较高的理论容量。其中，naniafebmnco2钠离子层状氧化物正极材料空气稳定性较差，通过加入一定量的cu可改善其空气稳定性，但是在生产过程中，由于cu未与钠盐和镍铁锰前驱体良好结合，合成的单晶材料中常存在铜元素富集，影响了正极材料结构稳定性，进而引起电化学性能下降。

2、即，直接使用镍铁锰前驱体与钠盐、铜源混合烧结，经常会出现铜含量富集，这影响了单晶正极材料结构稳定性，导致电化学性能及空气稳定性变差。

3、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材料，通过调控镍铁锰前驱体的中值粒径、铜源的中值粒径及其添加量，并使两者满足特定的关系式，能够有效降低正极材料中的铜富集，并且均匀分布的铜元素改善了正极材料的空气稳定性，提高了正极材料的电化学性能。

2、本发明的第二目的在于提供一种正极材料的制备方法，该方法具有操作简单、流程短、成本低以及适合批量化生产等优点。

3、本发明的第三目的在于提供一种正极极片。

4、本发明的第四目的在于提供一种钠离子电池。

5、本发明的第五目的在于提供一种用电设备。

6、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

7、本发明首先提供了一种正极材料，所述正极材料的化学式为naσniafebmnccudo2，其中，0.95＜σ≤1.05，0＜a≤0.4，0＜b≤0.4，0＜c≤0.5，0.005≤d≤0.1，且a+b+c+d＝1；

8、所述正极材料主要由镍铁锰前驱体、铜源和钠源制得；

9、所述镍铁锰前驱体的中值粒径为4～8μm；

10、所述铜源的中值粒径dcu＝1～10μm；

11、所述铜源中的铜元素摩尔量占所述镍铁锰前驱体中金属元素总摩尔量的百分比ncu＝0.5％～10％；

12、所述dcu和所述ncu满足dcu×ncu≤10％。

13、优选地，所述铜源包括氧化铜、碳酸铜和碱式碳酸铜中的至少一种。

14、优选地，所述镍铁锰前驱体的化学式为nixfeymnz(oh)2，其中，0＜x≤0.4，0＜y≤0.4，0＜z≤0.5，且x+y+z＝1。

15、优选地，所述正极材料的中值粒径为3～13μm。

16、优选地，含有所述正极材料的钠离子电池在2.5～4.05v电压范围内1c循环50周的容量保持率≥90％。

17、优选地，含有所述正极材料的钠离子电池在2.5～4.05v电压范围内0.1c平均3周的放电比容量≥136mah/g。

18、本发明进一步提供了所述正极材料的制备方法，包括如下步骤：镍铁锰前驱体、铜源和钠源混合后烧结。

19、优选地，所述烧结的温度为700～1200℃。

20、优选地，所述烧结的保温时间为10～24h。

21、优选地，所述烧结之后进行破碎和筛分。

22、本发明又提供了一种正极极片，包括所述正极材料。

23、本发明进一步提供了一种钠离子电池，包括所述正极极片。

24、本发明还提供了一种用电设备，包括所述钠离子电池。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

26、(1)本发明提供的正极材料中无铜聚集及偏析现象，该正极材料空气稳定性好，电化学性能优异。

27、(2)采用本发明提供的正极材料制得的电池具有高放电容量和优异的循环性能。

技术特征：

1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学式为naσniafebmnccudo2，其中，0.95＜σ≤1.05，0＜a≤0.4，0＜b≤0.4，0＜c≤0.5，0.005≤d≤0.1，且a+b+c+d＝1；

2.根据权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述铜源包括氧化铜、碳酸铜和碱式碳酸铜中的至少一种。

3.根据权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述镍铁锰前驱体的化学式为nixfeymnz(oh)2，其中，0＜x≤0.4，0＜y≤0.4，0＜z≤0.5，且x+y+z＝1。

4.根据权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述正极材料的中值粒径为3～13μm。

5.根据权利要求1所述正极材料，其特征在于，含有所述正极材料的钠离子电池在2.5～4.05v电压范围内1c循环50周的容量保持率≥90％；

6.如权利要求1～5任一项所述正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述正极材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件至少其一：

8.一种正极极片，其特征在于，包括如权利要求1～5任一项所述正极材料。

9.一种钠离子电池，其特征在于，包括如权利要求8所述正极极片。

10.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求9所述钠离子电池。

技术总结本发明涉及钠离子电池领域，具体而言，涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片、钠离子电池和用电设备。正极材料的化学式为Na<subgt;σ</subgt;Ni<subgt;a</subgt;Fe<subgt;b</subgt;Mn<subgt;c</subgt;Cu<subgt;d</subgt;O<subgt;2</subgt;，0.95＜σ≤1.05，0＜a≤0.4，0＜b≤0.4，0＜c≤0.5，0.005≤d≤0.1，且a+b+c+d＝1；正极材料主要由镍铁锰前驱体、铜源和钠源制得；镍铁锰前驱体的中值粒径为4～8μm；铜源的中值粒径D<subgt;Cu</subgt;＝1～10μm；铜源中的铜元素摩尔量占镍铁锰前驱体中金属元素总摩尔量的百分比n<subgt;Cu</subgt;＝0.5％～10％；D<subgt;Cu</subgt;和n<subgt;Cu</subgt;满足D<subgt;Cu</subgt;×n<subgt;Cu</subgt;≤10％。该正极材料中无铜富集或偏析现象，其空气稳定性好，电化学性能优异。技术研发人员：马腾越,程斯琪,黄赛,任靖辉,戚兴国,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：2024/8/1