本發(fā)明屬于鈉離子電池領(lǐng)域，涉及一種正極活性材料，尤其涉及一種正極活性材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著對(duì)鈉電材料研究的深入，磷酸焦磷酸鐵鈉(nfpp)正極材料由于較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及合成原料選擇廣泛備受儲(chǔ)能市場(chǎng)關(guān)注，有望成為下一代的儲(chǔ)能正極材料。但是，nfpp正極材料的低能量密度使其應(yīng)用受到了極大的限制，目前普遍通過提升鈉離子電池的工作電壓或者正極片的壓實(shí)密度來提高電池的能量密度，但是提升幅度有限；且該正極材料的低溫循環(huán)性能也較差，這嚴(yán)重阻礙了磷酸焦磷酸鐵鈉在電池領(lǐng)域的發(fā)展。

2、因此，如何提高進(jìn)一步改善磷酸焦磷酸鐵鈉(nfpp)正極材料以提高鈉離子電池的能量密度以及低溫循環(huán)性能，是本領(lǐng)域亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述缺陷，本發(fā)明提供一種正極活性材料，該正極活性材料具有較高的克容量，且具有較高的鈉離子擴(kuò)散能力和電子電導(dǎo)率，可以有效提高電池的能量密度和低溫循環(huán)性能。

2、本發(fā)明還提供一種上述正極活性材料的制備方法，通過該制備方法制備得到的正極活性材料不僅具有較高的克容量，還具有較高的鈉離子擴(kuò)散能力和電子電導(dǎo)率，可以使鈉離子電池具有較高的能量密度和低溫循環(huán)性能。

3、本發(fā)明還提供一種正極片，包括上述正極活性材料、或通過上述制備方法制備得到的正極活性材料，將該正極片應(yīng)用于鈉離子電池中，可以有效提升電池的能量密度和低溫循環(huán)性能。

4、本發(fā)明提供一種鈉離子電池，包括上述正極活性材料、或通過上述制備方法制備得到的正極活性材料、或上述正極片，因此該鈉離子電池具有較高的能量密度和低溫循環(huán)性能。

5、本發(fā)明提供一種正極活性材料，所述正極活性材料包括核芯和設(shè)置于所述核芯至少部分表面的碳包覆層，所述核芯包括具有式1所示的化學(xué)組成，na4fex(po4)2(p2o7)式1

6、式1中，2.8≤x≤3.0；

7、所述正極活性材料的x射線衍射圖中，在2θ為33.6°處存在第一衍射峰，在2θ為32.9°處存在第二衍射峰，所述第一衍射峰的峰強(qiáng)與所述第二衍射峰的峰強(qiáng)之比＞22.5。

8、進(jìn)一步的，所述正極活性材料中碳包覆層的質(zhì)量百分含量c為1.50wt％-2.15wt％。

9、進(jìn)一步的，所述正極活性材料的中值粒徑d50為8μm-10μm，所述正極活性材料的比表面積不高于13.5m2/g。

10、進(jìn)一步的，正極活性材料滿足式2、式3、式4中的任一個(gè)，

11、1.5％＜c＜1.7％且8.5＜bet＜10.5?????式2；

12、1.7％≤c＜1.9％且10.5≤bet＜11.5?????式3；

13、1.9％≤c＜2.15％且11.5≤bet＜13.5式4。

14、進(jìn)一步的，所述正極活性材料的粉末壓實(shí)密度為1.91-2.01g/cm3。

15、進(jìn)一步的，所述正極活性材料中還包括摻雜元素；

16、所述摻雜元素包括b、f、al、n中的至少一種。

17、進(jìn)一步的，所述正極活性材料中摻雜元素的質(zhì)量百分含量為500ppm-2000ppm。

18、本發(fā)明還提供一種上述任一項(xiàng)所述的正極活性材料的制備方法，包括以下步驟：

19、1)將包括鈉源、鐵源、磷源、碳源的原料與去離子水進(jìn)行混合，得到混合料；將所述混合料進(jìn)行研磨，得到研磨料；所述研磨料的d10為0.10μm-2μm，d50為0.25μm-0.3μm，d90為0.7μm-1.0μm；

20、2)將所述研磨料進(jìn)行噴霧干燥處理，得到噴霧料；所述噴霧料的含水量≤3％，松裝密度≤0.8g/cm3；

21、3)將所述噴霧料進(jìn)行流化干燥處理，處理過程中：流化溫度為600℃-1000℃，氣體流速為5-20m/s，流化時(shí)間為3-5s，得到流化料；

22、4)在保護(hù)氣氛下，采用回轉(zhuǎn)窯，將所述流化料依次進(jìn)行第一燒結(jié)和第二燒結(jié)，得到所述正極活性材料；

23、所述第一燒結(jié)的溫度為200-250℃，保溫時(shí)間為1-2h；所述第二燒結(jié)的溫度為400-550℃，保溫時(shí)間為10-20h。

24、進(jìn)一步的，步驟1)中，通過球磨的方式進(jìn)行研磨；

25、所述研磨包括：將所述混合料依次進(jìn)行第一研磨和第二研磨后得到所述研磨料；所述第一研磨的轉(zhuǎn)速為1000-1300r/min，研磨時(shí)間為30-50min，研磨珠的粒徑為0.6-0.8μm；所述第二研磨的轉(zhuǎn)速為1400-1600r/min，研磨時(shí)間為30-60min，研磨珠的粒徑為0.3-0.4μm；

26、和/或，步驟2)中，所述噴霧干燥過程中的進(jìn)風(fēng)溫度為175-205℃，出風(fēng)溫度為80-110℃，所述進(jìn)風(fēng)溫度和所述出風(fēng)溫度的差值為95-105℃。

27、本發(fā)明還提供一種正極片，包括上述任一項(xiàng)所述的正極活性材料、或通過上述制備方法制備得到的正極活性材料。

28、本發(fā)明還提供一種鈉離子電池，包括任一項(xiàng)所述的正極活性材料、或通過上述制備方法制備得到的正極活性材料、或上述正極片。

29、本發(fā)明通過使正極活性材料包括具有化學(xué)組成na4fex(po4)2(p2o7)的核芯和位于該核芯至少部分表面的碳包覆層，同時(shí)使正極活性材料的x射線衍射圖中，位于33.6°處的第一衍射峰和位于32.9°處的第二衍射峰的峰強(qiáng)之比＞22.5，來有效提升正極活性材料的克容量，并提高其電子電導(dǎo)率和鈉離子遷移率，從而有效提升鈉離子電池的能量密度和低溫循環(huán)性能。

技術(shù)特征：

1.一種正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材料包括核芯和設(shè)置于所述核芯至少部分表面的碳包覆層，所述核芯包括具有式1所示的化學(xué)組成，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材料中碳包覆層的質(zhì)量百分含量c為1.50wt％-2.15wt％；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材料滿足式2、式3、式4中的任一個(gè)，

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材料的粉末壓實(shí)密度為1.91-2.01g/cm3。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材料中還包括摻雜元素；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材料中摻雜元素的質(zhì)量百分含量為500ppm-2000ppm。

7.一種權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的正極活性材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的正極活性材料的制備方法，其特征在于，步驟1)中，通過球磨的方式進(jìn)行研磨；

9.一種正極片，其特征在于，包括權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的正極活性材料、或通過權(quán)利要求7或8所述的制備方法制備得到的正極活性材料。

10.一種鈉離子電池，其特征在于，包括權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的正極活性材料、或通過權(quán)利要求7或8所述的制備方法制備得到的正極活性材料、或權(quán)利要求9所述的正極片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種正極活性材料及其制備方法與應(yīng)用，該正極活性材料包括核芯和設(shè)置于核芯至少部分表面的碳包覆層，核芯包括具有化學(xué)組成Na<subgt;4</subgt;Fe<subgt;x</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;2</subgt;(P<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;)，其中2.8≤x≤3.0；同時(shí)該正極活性材料的X射線衍射圖中，在2θ為33.6°處存在第一衍射峰，在2θ為32.9°處存在第二衍射峰，且第一衍射峰的峰強(qiáng)與第二衍射峰的峰強(qiáng)之比＞22.5。該正極活性材料具有較高的克容量，且具有較高的鈉離子擴(kuò)散能力和電子電導(dǎo)率，可以有效提高電池的能量密度和低溫循環(huán)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：謝隆權(quán),王尊志,盧騁,佘瀟,胡玲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧波容百新能源科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19