[发明专利]一种正极活性材料及其制备方法、电池、用电装置

说明书

本申请公开了一种正极活性材料及其制备方法、电池、用电装置。正极活性材料的脱钠百分比为10％～85％时，正极活性晶胞参数a的最大变化率△a_max满足：△a_max≤3.5％，正极活性晶胞参数c的最大变化率△c_max满足：△c_max≤4.3％。本申请通过掺杂增大晶胞参数，拓宽钠离子扩散通道，提升倍率性能；通过提高掺杂元素的均匀性，使材料的体积膨胀小，提高材料结构稳定性，提高循环性能。

技术领域

本申请涉及新能源技术领域，具体涉及一种正极活性材料及其制备方法、电池、用电装置。

背景技术

目前锂离子电池在动力领域和储能领域的应用市场广泛，但锂离子电池面临的挑战也日益增大，例如锂资源的日益短缺、材料价格日益上涨、老旧电池循环回收利用率低等问题。钠离子电池能够利用钠离子在正负极之间的脱嵌过程实现充放电，且钠资源储量远高于锂资源，钠资源成本优势明显，且钠电正极活性材料可不使用贵金属钴，可使钠离子电池的成本明显低于锂离子电池。

目前用于钠离子电池的正极活性材料主要有过渡金属氧化物体系，聚阴离子化合物及普鲁士蓝体系三大类。其中，层状过渡金属氧化物正极活性材料具有高比容量，被认为是钠离子电池中最有希望商业化的正极活性材料之一。

但由于钠离子的离子半径大于锂离子，钠离子扩散难度较大，导致层状过渡金属氧化物正极活性材料的倍率性能较差；且在长期脱嵌钠的过程中容易发生结构坍塌，以及锰的Jahn-Teller效应，导致其循环性能较差。

发明内容

本申请提供一种正极活性材料及其制备方法、电池、用电装置，解决了采用现有正极活性材料的钠离子电池倍率性能和循环性能较差的问题。

根据本申请第一方面提供的正极活性材料，正极活性材料的脱钠百分比为10％～85％时，正极活性晶胞参数a的最大变化率为△a_max％，满足△a_max≤3.5，正极活性晶胞参数c的最大变化率为△c_max％，满足△c_max≤4.3。

可选的，在本申请的其它实施例中，正极活性材料包括掺杂元素M，掺杂元素M包括Li、K、Ni、Mg、Zn、Ca、Al、Co、Cr、V、Sr、Zr、Ti、Sn、Mo、W、Y、Nb、Si和Ru中的至少一种。

可选的，在本申请的其他实施例中，正极活性材料包括化学式为Na_iCu_xFe_yMn_zMe_pO₂的化合物，0.5＜i＜1.5，0＜x≤0.3，0＜y≤0.5，0＜z≤0.5，0≤p＜0.2，x+y+z+p＝1。

可选的，在本申请的其它实施例中，掺杂元素M的质量浓度偏差为η％，满足η≤20。

可选的，在本申请的其它实施例中，正极活性材料包括一次颗粒，一次颗粒的平均粒径为dμm，满足0.05≤d≤7。

可选的，在本申请的其它实施例中，正极活性材料的Dv50为2～22μm。

根据本申请第二方面提供的正极活性材料的制备方法，包括：

将铜源、铁源和锰源混合，加入沉淀剂和络合剂，反应得到前驱体；

将前驱体、掺杂元素源和钠源混合，进行第一次烧结和第二次烧结，得到正极活性材料。

可选的，在本申请的其它实施例中，铜源包括醋酸铜、硝酸铜、草酸铜或硫酸铜中的至少一种。

可选的，在本申请的其它实施例中，铁源包括醋酸铁、硝酸铁、草酸铁或硫酸铁中的至少一种。

可选的，在本申请的其它实施例中，锰源包括醋酸锰、硝酸锰、草酸锰或硫酸锰中的至少一种。