本發(fā)明涉及鈉離子電池正極材料，具體而言，涉及一種正極材料及其制備方法、正極片、鈉離子電池和用電設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、隨著能源需求持續(xù)增長(zhǎng)以及環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)，開發(fā)高性能、可持續(xù)的儲(chǔ)能技術(shù)迫在眉睫。在眾多儲(chǔ)能技術(shù)中，鈉離子電池因鈉資源豐富、成本相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為研究熱點(diǎn)。

2、在鈉離子電池的關(guān)鍵部件中，正極材料至關(guān)重要。層狀氧化物多晶材料雖是有潛力的鈉離子電池正極材料，卻面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

3、晶體生長(zhǎng)方向無(wú)序是突出問題，缺乏特定生長(zhǎng)取向致使晶體結(jié)構(gòu)規(guī)整性差，不僅影響材料電學(xué)性能，還使鈉離子在材料內(nèi)的擴(kuò)散路徑復(fù)雜曲折。因此，鈉離子擴(kuò)散性能差成為制約層狀氧化物多晶材料應(yīng)用的關(guān)鍵因素。鈉離子擴(kuò)散速度慢，導(dǎo)致電池充放電時(shí)離子傳輸效率低，倍率性能差。而且，多次充放電循環(huán)后，材料結(jié)構(gòu)易發(fā)生不可逆變化，如相變、晶格坍塌等，致使電池容量迅速衰減，縮短電池壽命。

4、為解決這些問題，科研人員一直努力探索新合成方法、改進(jìn)材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化制備工藝。例如制備層狀氧化物多晶材料，雖顆粒高比表面積提供更多反應(yīng)位點(diǎn)，但內(nèi)部存在晶界，鈉離子通過晶界時(shí)擴(kuò)散慢，且自組裝顆粒構(gòu)型使內(nèi)部擴(kuò)散至外部通道曲折，材料倍率性能仍不佳。再如制備層狀氧化物單晶材料，雖顆粒內(nèi)部晶格排布有序、鈉離子擴(kuò)散快，但常規(guī)顆粒尺寸大，鈉離子擴(kuò)散路徑長(zhǎng)，且充放電時(shí)體積變化產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會(huì)使材料在循環(huán)中破碎，產(chǎn)生新問題。

5、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的第一目的在于提供一種正極材料，通過加入特定用量的y和ca兩種元素，提高了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高了na+擴(kuò)散速率，進(jìn)而使材料的倍率性能和循環(huán)性能得到了極大的改善。

2、本發(fā)明的第二目的在于提供一種正極材料的制備方法，該制備方法具有操作簡(jiǎn)單，流程短，以及制得的材料電化學(xué)性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。

3、本發(fā)明的第三目的在于提供一種正極片，該正極片的電化學(xué)性能優(yōu)異，具有高倍率性能和長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。

4、本發(fā)明的第四目的在于提供一種鈉離子電池，該鈉離子電池具有倍率性能高，循環(huán)穩(wěn)定性好，以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。

5、本發(fā)明的第五目的在于提供一種用電設(shè)備。

6、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

7、本發(fā)明首先提供了一種正極材料，所述正極材料的通式為nai(ni1/3fe1/3mn1/3)1-x-yyxcayo2；

8、其中，1≤i≤1.1，0.001≤x≤0.02，0.001≤y≤0.05，且0.25≤x/y≤0.6。

9、進(jìn)一步地，所述正極材料為o3相層狀氧化物材料。

10、進(jìn)一步地，所述正極材料為多晶材料。

11、進(jìn)一步地，所述正極材料包括由呈棒狀的一次顆粒通過放射狀排列堆積而成的球形二次顆粒。

12、進(jìn)一步地，所述正極材料的一次顆粒暴露有010晶面，且所述010晶面的面積占比為45％～65％。

13、本發(fā)明進(jìn)一步提供了所述正極材料的制備方法，包括如下步驟：將鎳鐵錳前驅(qū)體、鈉源、含y化合物和含ca化合物混合均勻后，進(jìn)行至少兩次熱處理。

14、進(jìn)一步地，所述鎳鐵錳前驅(qū)體包括ni1/3fe1/3mn1/3(oh)2和/或ni1/3fe1/3mn1/3o2。

15、進(jìn)一步地，所述含y化合物包括y2o3和y2(co3)3中的至少一種。

16、進(jìn)一步地，所述含ca化合物包括cao、caco3和ca(oh)2中的至少一種。

17、進(jìn)一步地，每次所述熱處理的溫度為850～1050℃，每次所述熱處理的時(shí)間為10～30h。

18、進(jìn)一步地，在每次所述熱處理之后，進(jìn)行破碎和篩分。

19、本發(fā)明又提供了一種正極片，包括所述正極材料。

20、本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種鈉離子電池，包括所述正極片。

21、本發(fā)明還提供了一種用電設(shè)備，包括所述鈉離子電池。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

23、本發(fā)明通過加入特定用量的y和ca兩種元素，使一次顆粒得以細(xì)化形成棒狀，且二次顆粒呈較為規(guī)整的放射狀，可以暴露出更多的(010)晶面，從而提高了na+擴(kuò)散速率，使材料的倍率性能和循環(huán)性能得到了極大的改善，并使材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng)。

技術(shù)特征：

1.一種正極材料，其特征在于，所述正極材料的通式為nai(ni1/3fe1/3mn1/3)1-x-yyxcayo2；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述正極材料，其特征在于，滿足以下條件至少其一：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述正極材料，其特征在于，滿足以下條件至少其一：

4.如權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述正極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：將鎳鐵錳前驅(qū)體、鈉源、含y化合物和含ca化合物混合均勻后，進(jìn)行至少兩次熱處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述正極材料的制備方法，其特征在于，滿足以下條件至少其一：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述正極材料的制備方法，其特征在于，每次所述熱處理的溫度為850～1050℃，每次所述熱處理的時(shí)間為10～30h。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述正極材料的制備方法，其特征在于，在每次所述熱處理之后，進(jìn)行破碎和篩分。

8.一種正極片，其特征在于，包括如權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述正極材料。

9.一種鈉離子電池，其特征在于，包括如權(quán)利要求8所述正極片。

10.一種用電設(shè)備，其特征在于，包括如權(quán)利要求9所述鈉離子電池。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及鈉離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種正極材料及其制備方法、正極片、鈉離子電池和用電設(shè)備。正極材料的通式為Na<subgt;i</subgt;(Ni<subgt;1/3</subgt;Fe<subgt;1/3</subgt;Mn<subgt;1/3</subgt;)<subgt;1?x?y</subgt;Y<subgt;x</subgt;Ca<subgt;y</subgt;O<subgt;2</subgt;；其中，1.0≤i≤1.1，0.001≤x≤0.02，0.001≤y≤0.05，且0.25≤x/y≤0.6。本發(fā)明通過加入特定用量的Y和Ca兩種元素，使一次顆粒得以細(xì)化形成棒狀，且二次顆粒呈較為規(guī)整的放射狀，可以暴露出更多的(010)晶面，從而提高了Na<supgt;+</supgt;擴(kuò)散速率，使材料的倍率性能和循環(huán)性能得到了極大的改善，并使材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng)。

技術(shù)研發(fā)人員：王建鑫,陳森,武凱利,王偉剛,戚興國(guó),李樹軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：溧陽(yáng)中科海鈉科技有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17