[發明專利]一種高鎳鈉離子正極材料及其制備方法和電池

在審

• 申請號: 202111540231.8
• 申請日: 2021-12-16
• 公開（公告）號: CN114400318A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 鐘應聲;余海軍;謝英豪;李愛霞;李斌;李長東
• 申請（專利權）人: 廣東邦普循環科技有限公司;湖南邦普循環科技有限公司;宜昌邦普循環科技有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 陳航

本發明公開了一種高鎳鈉離子正極材料及其制備方法和電池，所述高鎳鈉離子正極材料的化學式為NaNi_aCo_bMn_cO₂·fCNP?Al/tMVO_x，其中a+b+c＝1，0.5≤a1，0b≤0.25，a/b≥2.5，0c≤0.3，0t≤0.1，0f≤0.1，所述M為鈉、銅、鋅、鋯或銨中至少一種。該高鎳鈉離子正極材料具有良好的電化學性能，有利于高鎳鈉離子正極材料在電池中的應用。

技術領域

本發明屬于電池正極材料領域，特別涉及一種高鎳鈉離子正極材料及其制備方法和電池。

背景技術

鋰、鈉等離子電池因其高能量密度、優異的功率特性和穩定性，備受當前電動汽車、儲能用電池市場的歡迎。具體的，具有快速離子擴散率的正極材料、結構變化較小和電壓較低的負極材料是實現高功率、高性能的電池性能至關重要的幾個方面。盡管，鈉具有價格更便宜基本的優點，但是由于鈉離子電池的化學成分和正極材料的晶體結構不同于鋰離子電池，其高比容量和可逆循環壽命依舊遜色于鋰離子電池。而解決上述問題的最有希望的方法之一是開發高鎳鈉離子電池。

然而，目前可用的高鎳鈉離子電池存在明顯的缺點，比如，高鎳、低錳鈷等陽離子的混排效應，降低了鈉離子擴散的速率，導致放電時其性能不佳；材料燒結降溫后，電池中的高鎳鈉離子正極材料對接觸的外界環境產生的反應比較迅速，容易與環境中的H₂O、CO₂等反應生成Na₂CO₃和NaOH，以及NaOH脫水形成Na₂O，Na₂CO₃、NaOH、Na₂O會在正極表面形成鈍化層，進一步阻礙鈉離子在材料與電解液界面的擴散，增加材料與電解液的界面之間的阻抗，容易造成電池的電化學性能下降。因此，這極大地限制了鈉離子正極材料潛在應用。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種高鎳鈉離子正極材料及其制備方法和電池，該高鎳鈉離子正極材料具有良好的電化學性能，有利于高鎳鈉離子正極材料在電池中的應用。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種高鎳鈉離子正極材料，所述高鎳鈉離子正極材料的化學式為NaNi_aCo_bMn_cO₂·fCNP-Al/tMVO_x，其中a+b+c＝1，0.5≤a1，0b≤0.25，a/b≥2.5，0c≤0.3，0t≤0.1，0f≤0.1，所述M為鈉、銅、鋅、鋯或銨中至少一種。

優選的，所述MVO_x為釩酸鹽、偏釩酸鹽及焦釩酸鹽中的至少一種。

進一步優選的，所述MVO_x為釩酸鈉、偏釩酸鈉、焦釩酸鈉、釩酸銅、偏釩酸銅、焦釩酸銅、釩酸鋅、偏釩酸鋅、焦釩酸鋅、釩酸鋯、偏釩酸鋯、焦釩酸鋯、釩酸銨、偏釩酸銨及焦釩酸銨中的至少一種。

優選的，所述NaNi_aCo_bMn_cO₂·fCNP-Al/tMVO_x中的CNP-Al(碳納米鋁)由碳納米粉、鋁源及分散劑混合組成。其中鋁源、碳納米粉質量比為(0.1-30)：(40-150)。

優選的，所述CNP-Al由碳納米粉與分散劑混合，再與鋁源混合，然后在保護氣氛下900-1300℃處理3-12h制得。

優選的，所述CNP-Al中含Al₄C₃。

優選的，所述鋁源為氫氧化鋁、乙酸鋁、氯化鋁、硫酸鋁、硝酸鋁及氟化鋁中的至少一種。