[發明專利]正極材料及其制備方法、篩選高循環性能正極材料的方法、鈉離子電池

在審

• 申請號: 202310099348.X
• 申請日: 2023-01-30
• 公開（公告）號: CN116111066A
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 袁旭婷;李思卿;劉瑞;呂昌曉;馬樹燈;王嵩穎;陳明峰;王尊志
• 申請（專利權）人: 寧波容百新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/054;C01G53/00
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 雷航

本申請提供一種正極材料及其制備方法、篩選高循環性能正極材料的方法、鈉離子電池，用以有效緩解鈉離子正極材料在充電?放電過程中的結構畸變，以提升鈉離子正極材料以及鈉離子電池的循環性能。該正極材料的分子通式為Nasubgt;u/subgt;Nisubgt;v/subgt;Mnsubgt;w/subgt;Msubgt;x/subgt;Asubgt;y/subgt;Osubgt;2/subgt;；0.7≤u≤1.04，0＜v≤0.44，0＜w≤0.45，0≤x≤0.44，0.33＜y≤0.45，v+w+x+y＝1；正極材料的第2圈容量微分曲線中第一主峰強度|Isubgt;a2/subgt;|與第11圈容量微分曲線中第一主峰強度|Isubgt;a11/subgt;|之比不大于1.5，且第2圈容量微分曲線中第二主峰強度|Isubgt;b2/subgt;|與第11圈容量微分曲線中第二主峰強度|Isubgt;b11/subgt;|之比不大于2；第一主峰為容量微分曲線中，電壓為2.7?3.0V的區間中強度最大的峰；第二主峰為容量微分曲線中，電壓為4.0?4.3V的區間中強度最大的峰。

技術領域

本申請涉及鈉離子電池技術領域，尤其涉及一種正極材料及其制備方法、篩選高循環性能正極材料的方法、鈉離子電池。

背景技術

隨著二次儲能電池需求增大，鋰離子電池及其正極材料的需求也隨之增長。為此，鋰源的成本出現上漲。此外，鋰元素在自然界中儲量僅占地殼元素總量的0.01％，所以鋰源還存在分布不均、以及儲量不足的問題。元素周期表中，鈉元素與鋰元素位于同一主族，二者具備相似的物理化學性質。更為重要的是，與鋰元素相反，鈉元素具備儲量大的優勢。

目前，鈉離子電池的正極材料包括聚陰離子正極、普魯士白類正極、層狀氧化物以及有機類正極。其中，層狀氧化物的問題在于，充電-放電過程中多相轉變所導致的循環穩定性差的問題。以Na含量較高的O3相層狀氧化物為例，在充電-放電的最初階段，Na⁺與MO6八面體供棱連接。由于Na⁺將隨著充電脫出，O3相將逐漸向O′3、P3、P′3相轉變。其中，P3相向P′3相的轉變并不完全可逆，隨著充電-放電的循環，不可逆P3相向P′3相相變的積累，該層狀氧化物將表現出循環穩定性差的問題。因此，現有技術中缺乏一種循環穩定性優異的鈉離子正極材料。

發明內容

本申請提供一種正極材料及其制備方法、篩選高循環性能正極材料的方法、鈉離子電池，用以有效緩解鈉離子正極材料在充電-放電過程中的結構畸變，以提升鈉離子正極材料以及鈉離子電池的循環性能。

第一方面，本申請實施例提供一種正極材料，所述正極材料的分子通式為Na_uNi_vMn_wM_xA_yO₂；0.7≤u≤1.04，0＜v≤0.44，0＜w≤0.45，0≤x≤0.44，0.33＜y≤0.45，v+w+x+y＝1；A為第一摻雜元素，A選自元素周期表中第四周期的過渡金屬元素；M為第二摻雜元素，M選自元素周期表中與Ni結合形成化學鍵鍵能高于Ni-O鍵能的元素，或者，選自元素周期表中與Co結合形成化學鍵能高于Co-O鍵能的元素；

其中，所述正極材料的第2圈容量微分曲線中第一主峰強度|I_a2|與第11圈容量微分曲線中第一主峰強度|I_a11|之比不大于1.5，且所述第2圈容量微分曲線中第二主峰強度|I_b2|與所述第11圈容量微分曲線中第二主峰強度|I_b11|之比不大于2；

所述第一主峰為容量微分曲線中，電壓為2.7-3.0V的區間中強度最大的峰；所述第二主峰為容量微分曲線中，電壓為4.0-4.3V的區間中強度最大的峰；所述第2圈容量微分曲線和所述第11圈容量微分曲線均通過對容量-電壓曲線中充電曲線進行微分處理得到。