[发明专利]正极活性材料及其制备方法、正极极片和钠离子电池

说明书

本申请涉及钠离子电池领域，公开了一种正极活性材料及其制备方法、正极极片和钠离子电池。本申请先通过铁源、锰源、镍源、钛源和氟源原料制备正极活性材料的前驱体，然后添加钠源原料进行烧结制备成钛离子与氟离子掺杂的O3型钠离子电池正极活性材料。本申请所述正极活性材料使用氟掺杂取代氧提高了材料的结晶度，稳定了电极材料和电解液的界面，提高了材料的循环性能，而用钛掺杂来提升材料的结构稳定性，进而抑制充放电过程中复杂的相变。

技术领域

本申请涉及钠离子电池领域，尤其涉及一种正极活性材料及其制备方法、正极极片和钠离子电池。

背景技术

对比锂离子电池来说，钠离子电池的成本和倍率性能相对锂离子电池具有优势，钠与锂处周期表同族，价电子数相同，化学性质更活泼，由于钠的原子质量和半径远大于锂，故而钠离子电池的能量密度显然难以与锂离子电池媲美，但钠元素的自然界丰度是锂的一千多倍，而且钠离子的去溶剂化能远低于锂离子，且在钠离子电池中，由于钠与铝不发生合金化反应，因而正负极集流体都可使用铝箔，避免了相对昂贵的铜箔，就意味着同等钠离子电池具备天然价格优势。

目前镍铁锰三元正极材料是目前最有发展前景的三元正极材料，但是由于在充放电过程中复杂的相变和其表面容易和电解液发生复杂的副反应，从而导致含镍铁锰三元的金属层状氧化的钠离子电池正极材料随着电压的上升其结构不稳定，循环性能较差。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种正极活性材料及其制备方法，使得所述正极活性材料能够具有较高的循环性能和克容量；

本申请的另外一个目的在于提供上述正极活性材料在制备正极极片和钠离子电池中应用；

本申请的另外一个目的在于提供基于上述负极活性材料的正极极片和钠离子电池。

为了解决上述技术问题/达到上述目的或者至少部分地解决上述技术问题/达到上述目的，作为本申请的第一个方面，提供了一种正极活性材料，化学式为Na_zNi_(1/3)-xFe_1/3Mn_1/3Ti_xO_2-yF_y；其中，0.5≤z≤1.5，0.01≤x≤0.07，0.2≤y≤1.6。

作为本申请的第二个方面，提供了所述正极活性材料的制备方法，包括：

称取铁源、镍源、锰源、氟源及钛源原料，加水混合均匀，通过共沉淀法反应，生成前驱体Ni_(1/3)-xFe_1/3Mn_1/3Ti_x(OH)_2-yF_y；

取钠源原料和所述前驱体混合后烧结，获得正极活性材料Na_zNi_(1/3)-xFe_1/3Mn_1/3Ti_xO_2-yF_y；其中，0.5≤z≤1.5，0.01≤x≤0.07，0.2≤y≤1.6。

其中，可选地，所述铁源、镍源、锰源、钛源、氟源、钠源原料的摩尔质量比为(2.0-3.3):(2.3-3.3):(2.6-3.4):(0.2-0.7):(2-16):(10-25)。

可选地，所述铁源、镍源、锰源、钛源和钠源原料为各金属离子的硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐、氧化物或其水合物。

可选地，所述氟源原料为金属离子的氟化物或氟化铵；进一步可选地，所述金属离子为钠离子或钾离子。

可选地，所述烧结为以第一额定速率升至300℃-600℃烧结，再以第二额定速率升温至800℃-1100℃烧结；进一步可选地，所述第一额定速率和第二额定速率独立选自2-5℃/min。