[發明專利]鈉離子電池正極材料及其制備方法、應用和鈉離子電池

在審

• 申請號: 202310215164.5
• 申請日: 2023-02-28
• 公開（公告）號: CN116154138A
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 陳飛江;劉亞飛;陳彥彬
• 申請（專利權）人: 北京當升材料科技股份有限公司;當升科技（常州）新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/054
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 歐陽琰

本發明涉及鈉離子電池正極材料領域，公開了鈉離子電池正極材料及其制備方法、應用和鈉離子電池。該正極材料含有正極材料A和正極材料B；所述正極材料A為單晶顆粒，所述正極材料B為團聚體；且，正極材料A和正極材料B各自獨立地在2θ為14°?18°處具有(002)晶面和/或(003)晶面的特征衍射峰，且(002)晶面特征衍射峰的2θ角小于(003)晶面特征衍射峰的2θ角；正極材料A至少具有(002)晶面的特征衍射峰，正極材料B至少具有(003)晶面的特征衍射峰。該正極材料在高電壓下的結構穩定，并且循環性能好。

技術領域

本發明涉及鈉離子電池正極材料技術領域，具體涉及鈉離子電池正極材料及其制備方法、應用和鈉離子電池。

背景技術

近年來，鈉離子電池作為鋰離子電池的互補技術受到了廣泛的關注，由于鈉資源儲量豐富且價格低廉，在當前鋰和鈷資源價格快速增長的背景下，能夠大幅降低電池制造成本，并有望在低速電動車和儲能領域大規模應用。

在鈉離子電池體系中，目前最關鍵的材料之一就是正極材料。正極材料包括層狀氧化物型正極材料、普魯士藍型正極材料、聚陰離子型正極材料。其中，層狀氧化物型NaMeO₂(Me＝Ni、Fe、Mn等)正極材料由于結構簡單、各元素含量可調、易于大規模生產且電化學性能優異等優勢，被公認為最有前途的鈉離子電池正極材料。

層狀氧化物根據鈉占位方式和氧層的堆疊順序不同主要分為P2型和O3型兩種結構，其中，P2型層狀氧化物表現出較好的倍率能力；而O3型層狀氧化物表現出較高的理論容量。

然而，無論是P2型層狀氧化物還是O3型層狀氧化物都會在高電壓下(＞4.2V，vsNa⁺/Na)發生復雜相變，導致結構破壞和容量快速衰減，從而極大地限制了層狀氧化物材料的進一步發展。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有的層狀氧化物鈉離子電池正極材料存在的上述問題，提供了鈉離子電池正極材料及其制備方法、應用和鈉離子電池。該鈉離子電池正極材料為多相復合氧化物正極材料，通過復合相之間的協同作用，能夠大幅提高正極材料的循環性能。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供一種鈉離子電池正極材料，所述鈉離子電池正極材料含有正極材料A和正極材料B；其中，所述正極材料A為單晶顆粒，所述正極材料B為團聚體；且，

所述正極材料A和所述正極材料B的XRD圖譜中，各自獨立地在2θ為14°-18°處具有(002)晶面和/或(003)晶面的特征衍射峰，且所述(002)晶面的特征衍射峰的2θ角小于所述(003)晶面的特征衍射峰的2θ角；

其中，所述正極材料A至少具有所述(002)晶面的特征衍射峰，所述正極材料B至少具有所述(003)晶面的特征衍射峰。

本發明第二方面提供一種第一方面所述的鈉離子電池正極材料的制備方法，所述制備方法包括：將正極材料A和正極材料B進行混合；

優選地，制備所述正極材料A的方法包括：

(1)在溶劑的存在下，將鎳源、鐵源、錳源、沉淀劑和絡合劑混合進行第一共沉淀反應，得到前驅體I；

(2)將所述前驅體I與鈉源、含有M的摻雜劑和/或含有M′的摻雜劑混合進行第一燒結，得到所述正極材料A；

優選地，制備所述正極材料B的方法包括：

(a)在溶劑的存在下，將鎳源、鐵源、錳源、沉淀劑和絡合劑混合進行第二共沉淀反應，得到前驅體II；

(b)將所述前驅體II與鈉源、含有M的摻雜劑和/或含有M′的摻雜劑混合進行第二燒結，得到所述正極材料B。

本發明第三方面提供第一方面所述的鈉離子電池正極材料，或者第二方面所述的制備方法在鈉離子電池中的應用。