钠离子电池正极材料及其制备方法、正极极片、钠离子电池、涉电设备与流程

本申请涉及新能源，尤其涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法、正极极片、钠离子电池、涉电设备。

背景技术：

1、由于钠资源具有广泛分布性和价格低廉的优势，使得钠离子电池成为锂离子电池最有前途的替代品之一。相关技术表明，只有少数正极材料可以容纳钠离子，并允许可逆的钠离子插入/提取反应，这是由于钠离子的半径更大。

2、具有钠超离子导体(nasicon)结构的化合物具有良好的可逆容量、优异的倍率性能、更平坦的电压曲线、较高能量密度和稳定的循环寿命而被认为是更有前景的。其中，na3v2(po4)3具有开放的nasicon框架，钠离子可以快速可逆地扩散通过间隙位点而不会导致晶体结构的大体积变化。然而，na+半径较大固有局限性易导致na+在主体材料框架内的嵌入/脱出和传输在动力学上缓慢。另外，与锂过渡金属磷酸盐类似，na3v2(po4)3的低电导率严重影响了其整体电化学性能。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种钠离子电池正极材料及其制备方法、正极极片、钠离子电池、涉电设备，旨在解决现有钠超离子导体动力学缓慢、电导率低的问题。

2、为实现以上目的，本申请第一方面提供一种钠离子电池正极材料，包括改性钒基钠超离子导体磷酸盐活性材料，所述改性钒基钠超离子导体磷酸盐活性材料的化学式为maxna3-xv2-ymey(po4)3@c，其中，ma选自锂和钾中的至少一种，x>0，me选自铁、镍、钴、锰、镁、钼、铬、锌、锆和钛中的至少一种，y>0，x和y的取值满足化学式电荷平衡，c为碳包覆层。

3、在一些实施例中，所述钠离子电池正极材料还包括将所述改性钒基钠超离子导体磷酸盐活性材料相互连接的碳纳米管材料；

4、所述钠离子电池正极材料的化学式为maxna3-xv2-ymey(po4)3@c/cnt，其中，cnt为单独添加的导电剂碳纳米管。

5、在一些实施例中，所述ma为li；所述me为mn和/或fe。

6、在一些实施例中，所述改性钒基钠超离子导体磷酸盐活性材料的化学式为lixna3-xv2-ymny1fey2(po4)3@c，其中，y1+y2＝y。

7、在一些实施例中，钠离子电池正极材料满足以下条件中的至少一个：

8、a.所述x满足：0<x≤0.2；

9、b.所述y满足：0<y≤1；

10、c.所述碳纳米管的质量为所述钠离子电池正极材料的原材料质量的0-20％；

11、d.所述碳包覆层的厚度为0-5nm。

12、本申请第二方面还提供一种上述的钠离子电池正极材料的制备方法，包括：

13、将钒源、钠源、me源、ma源和磷酸盐按化学计量比混合，得到混合溶液；

14、将还原性碳源、聚乙二醇与所述混合溶液搅拌、蒸发，得到前驱体；

15、将所述前驱体煅烧得到所述钠离子电池正极材料。

16、在一些实施例中，钠离子电池正极材料的制备方法满足以下条件中的至少一个：

17、a.所述混合的温度为70-90℃，所述混合的时间为20-40min；

18、b.所述还原性碳源的用量为5-10mmol；

19、c.所述还原性碳源选自抗坏血酸和/或柠檬酸；

20、d.所述聚乙二醇的用量为5-10ml；

21、e.所述聚乙二醇选自聚乙二醇300、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇1000、聚乙二醇1500、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000和聚乙二醇20000中的任一种或多种；

22、f.所述搅拌的时间为20-40min；

23、g.所述蒸发的温度为150-200℃，所述蒸发的时间为10-14h；

24、h.所述煅烧包括：300-400℃，3-5h；700-900℃，6-10h；

25、i.将钒源、钠源、me源、ma源和磷酸盐按化学计量比混合的时候还包括加入碳纳米管混合。

26、本申请第三方面还提供一种正极极片，包括上述的钠离子电池正极材料。

27、本申请第四方面还提供一种钠离子电池，包括上述的正极极片。

28、本申请第五方面还提供一种涉电设备，包括上述的钠离子电池。

29、与现有技术相比，本申请的有益效果包括：

30、本申请提供的钠离子电池正极材料包括改性钒基钠超离子导体磷酸盐活性材料，改性钒基钠超离子导体磷酸盐活性材料的化学式为maxna3-xv2-ymey(po4)3@c，ma选自锂或钾，me选自过渡金属。本申请提供的钠离子电池正极材料的na3v2(po4)3的钠位点被碱金属离子进行了有效优化，用于显著降低na+扩散的能量屏障，提高工作电压和电化学可逆性。过渡金属离子掺杂也可以调整晶体结构，加速na+的扩散动力学和提高na3v2(po4)3的电导率。过渡金属离子掺杂还可以有效降低电荷转移阻抗，对改善电荷转移动力学起着重要作用。

31、本申请提供的钠离子电池正极材料的制备方法操作简单，得到的钠离子电池正极材料掺杂碱金属离子和过渡金属离子，可以提高na3v2(po4)3的电导率和动力学性能。

32、本申请提供的正极极片、钠离子电池和涉电设备表现出高度增强的倍率性能、循环性能和超长的循环寿命。

技术特征：

1.一种钠离子电池正极材料，其特征在于，包括改性钒基钠超离子导体磷酸盐活性材料，所述改性钒基钠超离子导体磷酸盐活性材料的化学式为maxna3-xv2-ymey(po4)3@c，其中，ma选自锂和钾中的至少一种，x>0，me选自铁、镍、钴、锰、镁、钼、铬、锌、锆和钛中的至少一种，y>0，x和y的取值满足化学式电荷平衡，c为碳包覆层。

2.根据权利要求1所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述钠离子电池正极材料还包括将所述改性钒基钠超离子导体磷酸盐活性材料相互连接的碳纳米管材料；

3.根据权利要求1或2所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述ma为li；所述me为mn和/或fe。

4.根据权利要求3所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述改性钒基钠超离子导体磷酸盐活性材料的化学式为lixna3-xv2-ymny1fey2(po4)3@c，其中，y1+y2＝y。

5.根据权利要求1至4任一项所述的钠离子电池正极材料，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：

6.一种如权利要求1至5任一项所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：

8.一种正极极片，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的钠离子电池正极材料。

9.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求8所述的正极极片。

10.一种涉电设备，其特征在于，包括权利要求9所述的钠离子电池。

技术总结本申请提供一种钠离子电池正极材料及其制备方法、正极极片、钠离子电池、涉电设备，涉及新能源技术领域。本申请提供的钠离子电池正极材料包括改性钒基钠超离子导体磷酸盐活性材料，改性钒基钠超离子导体磷酸盐活性材料的化学式为MaxNa3‑xV2‑yMey(PO4)3@C，Ma选自锂或钾，Me选自过渡金属，Na3V2(PO4)3的钠位点被碱金属离子进行了有效优化，用于显著降低Na+扩散的能量屏障，提高工作电压和电化学可逆性。过渡金属离子掺杂也可以调整晶体结构，加速Na+的扩散动力学和提高Na3V2(PO4)3的电导率。过渡金属离子掺杂还可以有效降低电荷转移阻抗，对改善电荷转移动力学起着重要作用。技术研发人员：李艳红,谈亚军,王正伟受保护的技术使用者：星恒电源股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2