[發明專利]補鈉添加劑在制備鈉離子電池正極材料中的應用、鈉離子電池正極材料及其制備方法和應用

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• 申請號: 202310232761.9
• 申請日: 2023-03-03
• 公開（公告）號: CN116169290A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 孫國杰;查惟偉;周曉崇
• 申請（專利權）人: 湖州超鈉新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/1391;H01M4/1397;H01M4/139;H01M4/136;H01M4/131;H01M4/13;H01M10/054
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 王闖

本發明公開了補鈉添加劑在制備鈉離子電池正極材料中的應用、鈉離子電池正極材料及其制備方法和應用，涉及鈉離子電池技術領域。以亞氨基二乙酸二鈉、氨三乙酸三鈉和二羧甲基丙氨酸三鈉中至少一種作為補鈉添加劑用于制備鈉離子電池正極材料，有機補鈉添加劑在電池首次充電過程中發生不可逆的氧化分解，同時釋放出鈉離子，從而彌補負極端由于SEI膜形成和其他副反應導致不可逆的鈉容量損失，提升電池的庫倫效率和能量密度。補鈉劑能有效提升電池的首圈容量和容量保持率，在首次充電過程中一次性分解，對電池的后續循環穩定性無不良影響，易于獲得，安全性和化學穩定性好，與現有電池組裝工藝兼容性好，易于操作，具有良好的工業應用前景。

技術領域

本發明涉及鈉離子電池技術領域，具體而言，涉及補鈉添加劑在制備鈉離子電池正極材料中的應用、鈉離子電池正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

由于日益增長的能源需求和日漸加重的環境問題，二次離子電池憑借其環境友好的特性正逐漸取代石油、天然氣和煤炭等傳統能源成為儲能系統中的重要組成部分。其中，鋰離子電池由于其高能量密度已經在電子便攜設備和電動汽車領域實現了廣泛的商業應用。然而，受限于地殼中的有限的鋰含量，亟需開發新的儲能系統。鈉離子電池由于鈉儲量豐富、成本低廉、工作原理與鋰離子電池相似等優點，近年來受到了廣泛的關注。

然而，由于鈉離子電池通常以不含鈉的硬碳作為負極，其活性鈉容量主要由正極材料提供。因此在實際應用中，鈉離子電池的能量密度受到電極材料中鈉含量的限制。同時，由于在首次充放電過程中，硬碳負極表面會形成固體電解質界面(SEI)，造成不可逆的鈉容量的損失，導致較低的負極首次庫侖效率。除此之外，鈉離子電池在長期循環過程中由于副反應的發生會逐漸損失鈉離子容量，導致容量的進一步降低。這些問題的存在構成了鈉離子電池商業化的主要障礙。

為了解決不可逆鈉容量損失的問題，預鈉化被認為是最有效的方法。目前所采取的預鈉化方法主要分為正極補鈉和負極補鈉兩種方式。負極補鈉分為電化學補鈉法、化學溶液法和鈉粉補鈉法。這些方式雖然能夠通過預先形成SEI或預嵌入鈉離子的方式有效降低不可逆的鈉容量的損失，但操作復雜，對工作環境要求較高，同時負極預鈉化處理后的電極活性較高，存在較大的安全隱患，難以實現工業化的生產。

正極預鈉化通過向正極材料中引入補鈉添加劑，通過添加劑在首次充電過程中不可逆的釋放出所含的鈉離子來彌補各種副反應導致的鈉容量的損失。這種方法與現有電極生產制造工藝契合度高，操作簡單，適合應用于大規模的工業化生產。

現有的正極添加劑包括：疊氮化鈉、磷化鈉、過氧化鈉、氧化鈉及碳酸鈉等。這幾種正極添加劑均存在各自的問題：疊氮化鈉具有毒性且鈉含量較低；磷化鈉及鈉的氧化物為易燃易爆的化學品，在實際操作中存在較高的安全風險；碳酸鈉雖然鈉含量較高，但其作為補鈉添加劑實際利用率較低，限制了其作為補鈉添加劑的應用。

綜上，尋找一種易獲得、環境友好、成本較低、安全性好且容量高的正極補鈉添加劑對提高鈉離子電池的能量密度，實現鈉離子電池的商業化具有重要意義。

鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供補鈉添加劑在制備鈉離子電池正極材料中的應用，以通過特殊種類的化合物作為補鈉添加劑，顯著提升電池的容量密度和能量密度，延長電池的循環壽命。

本發明的另一目的在于提供一種鈉離子電池正極材料及其制備方法和應用，旨在顯著提升電池的容量密度和能量密度，延長電池的循環壽命。

本發明是這樣實現的：

第一方面，本發明提供補鈉添加劑在制備鈉離子電池正極材料中的應用，補鈉添加劑選自亞氨基二乙酸二鈉、氨三乙酸三鈉和二羧甲基丙氨酸三鈉中的至少一種；

優選地，補鈉添加劑為氨三乙酸三鈉。