聚阴离子型化合物及其制备方法、正极材料、正极极片、二次电池和电子设备与流程

本技术涉及钠电池，尤其涉及一种聚阴离子型化合物及其制备方法、正极材料、正极极片、二次电池和电子设备。

背景技术：

1、以钠为基础发展起来的钠离子电池因其制造成本低，安全性好等优点有望替代锂离子电池的部分市场，成为下一代电池的有力竞争者。而钠离子电池的正极材料是影响钠离子电池性能的主要因素。

2、相关技术中，钠离子电池用正极材料的选择比较局限，如氧化物、氟化物、硫化物、磷酸盐、焦磷酸盐等，导致二次电池的性能有不同程度的限制，例如，钠离子二次电池的稳定性较差、比容量较低等。因此，钠离子电池用正极材料仍有待研究和改进。

技术实现思路

1、本技术是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种聚阴离子型化合物及其制备方法、钠离子电池用正极材料、正极极片、二次电池和电子设备，旨在提供一种综合性能优良的聚合物，可以作为钠离子电池用正极材料使用。

2、为了达到上述目的，本技术第一方面提供了一种聚阴离子型化合物，具有如下化学式：

3、na2+xmn1-ymysi2-zm’zo6-tnkxpyq(1)

4、式(1)中，

5、m选自ni，fe，cu，zn，mg，al或其组合，m’选自ge，sn，ti或其组合，x选自s，se或其组合，y选自f，cl或其组合，

6、其中，-0.2<x<0.2，0≤y<0.1，0≤z<0.1，0≤t≤0.5，0≤k≤2t/3，0≤p≤t，0≤q≤t/2，且k+1/2p+3/2q＝t。

7、由此，本技术通过上述聚阴离子型化合物，具有全新的组分和结构，该结构稳定性高，还具有钠含量高的特点，用于二次电池时，提升了二次电池的比容量和具有优异的循环稳定性。

8、根据本技术一个方面的实施例，-0.1≤x≤0，0≤y≤0.08，0≤z≤0.05。

9、根据本技术一个方面的实施例，聚阴离子型化合物具有如下化学式：na2mnsi2o6。

10、根据本技术一个方面的实施例，聚阴离子型化合物的x射线粉末衍射图在2θ值为34°±0.5°、49°±0.5°、24°±0.5°处具有特征峰。

11、根据本技术一个方面的实施例，聚阴离子型化合物的x射线粉末衍射图在2θ值为34°±0.5°处具有归属于(222)晶面的最强特征衍射峰

12、根据本技术一个方面的实施例，聚阴离子型化合物具有属于pnnm空间群的正交结晶体结构。具有该种晶体结构的聚阴离子型化合物结构稳定性更好，钠离子脱嵌、入嵌过程中引起的结构变化较小，构成了一个钠离子可逆脱嵌的主体框架，因此能够提高聚阴离子型化合物的容量发挥及循环性能。

13、根据本技术一个方面的实施例，聚阴离子型化合物的晶胞参数a满足：晶胞参数b满足：晶胞参数c满足：具有上述晶胞参数的聚阴离子型化合物结构稳定性更好，能够进一步提高聚阴离子型化合物的容量发挥及循环性能。

14、根据本技术一个方面的实施例，聚阴离子型化合物晶体结构的晶胞包含：

15、12个na原子，6个mn原子，12个si硅原子和36个氧原子。

16、根据本技术一个方面的实施例，在聚阴离子型化合物晶体结构的晶胞中，mn原子至少部分被m表示的原子替换，si硅原子至少部分被m’表示的原子替换，氧原子至少部分被x表示的原子替换。

17、根据本技术一个方面的实施例，每个si原子以4个氧原子为顶点形成硅氧四面体，每两个硅氧四面体通过共用1个氧原子而共顶连接，

18、每个mn原子以6个氧原子为顶点形成锰氧八面体，每两个锰氧八面体通过共用3个氧原子而共面连接，

19、硅氧四面体与锰氧八面体通过共用氧原子而共顶连接。

20、根据本技术一个方面的实施例，mn原子至少部分被m表示的原子替换，si硅原子至少部分被m’表示的原子替换，氧原子至少部分被x表示的原子替换。

21、由此，本技术通过上述晶胞结构，进一步使聚阴离子型化合物结构稳定性更好，减小了钠离子脱嵌、入嵌过程中引起的结构变化，进一步提高聚阴离子型化合物的容量发挥及循环性能。

22、根据本技术一个方面的实施例，硅氧四面体与锰氧八面体通过氧原子或x原子共顶桥连成阴离子基团网络；

23、na+沿聚阴离子型化合物晶体结构的a轴排列并填充于所述晶体结构的孔隙中。

24、根据本技术一个方面的实施例，基于聚阴离子型化合物的总重，聚阴离子型化合物含有质量分数为15％至20％钠元素。

25、根据本技术一个方面的实施例，聚阴离子型化合物的晶体结构中，na原子、mn原子、si原子和o原子中的任意两种原子的混排率＜3％，可选为＜2％。

26、本技术的第二方面还提供第一方面的聚阴离子型化合物的制备方法，包括：

27、提供含有预定摩尔比例的钠源，锰源，硅源，m源，m’源和x源的分散液；

28、在预定温度条件下，使分散液中钠源，锰源，硅源，m源，m’源和x源发生反应并结晶，以得到含结晶颗粒的悬浮液；

29、将所述悬浮液用溶剂洗涤和干燥，以得到聚阴离子型化合物。

30、根据本技术一个方面的实施例，钠源为钠盐，可选为氢氧化钠。

31、根据本技术一个方面的实施例，锰源选自含锰的氧化物、含锰的盐类或其组合。

32、根据本技术一个方面的实施例，硅源为二氧化硅或含硅的盐类。

33、根据本技术一个方面的实施例，m源选自含m元素的氧化物或盐类，m元素选自ni，fe，cu，zn，mg，al或其组合。

34、根据本技术一个方面的实施例，m’源选自含m’元素的氧化物或盐类，m’元素选自ge，sn，ti或其组合。

35、根据本技术一个方面的实施例，x源为含x元素的盐类，x选自f，cl，s，se，n或其组合。

36、根据本技术一个方面的实施例，溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、丙二醇、丁醇、水或其组合。

37、根据本技术一个方面的实施例，在预定温度条件下，使所述分散液中钠源，锰源，硅源，m源，m’源和x源发生反应并结晶，以得到含结晶颗粒的悬浮液包括：

38、在预定温度为160℃～240℃且密闭的环境中，使所述分散液中钠源，锰源，硅源，m源，m’源和x源发生反应并结晶，以得到含结晶颗粒的悬浮液。

39、本技术的第三方面提供一种正极材料，包括本技术第一方面的聚阴离子型化合物或根据本技术第二方面的方法制备的聚阴离子型化合物。

40、本技术的第四方面提供一种正极极片，包括

41、正极集流体；

42、设置于所述正极集流体至少一侧的正极材料层，所述正极材料层包含本技术第三方面的正极材料。由此，本技术的正极极片具有较高的综合电化学性能。

43、根据本技术一个方面的实施例，基于所述正极材料层的总重，所述正极材料层包含质量分数为80％至98％的所述正极材料。由此，本技术的正极极片进一步提高了能量密度。

44、本技术的第五方面提供一种二次电池，包括本技术第四方面的正极极片。

45、本技术的第六方面提供一种电子设备，包括本技术第五方面的二次电池。