一种疏水性有机涂层改性钠离子电池O3相层状氧化物正极极片及其制备方法和应用与流程

本发明属于钠离子电池，具体涉及一种疏水性有机涂层改性钠离子电池o3相层状氧化物正极极片及其制备方法和应用。

背景技术：

1、钠离子电池由于钠资源丰富和成本低的优势，以及与锂离子电池类似的物理化学性质，有望解决未来储能的需求。但是由于钠的相对分子质量高于锂，钠离子的半径也比锂离子的半径大，因此钠离子电池的能量密度将低于锂离子电池，这大大阻碍了钠离子电池的发展。因此，开发高性能的电极材料是钠离子电池走向应用首先需要解决的问题。

2、在钠离子电池的各种正极材料中，o3-nani0.5mn0.5o2由于其在全电池中可以提供足够的钠、电化学活性高、理论比容量高和易于合成的优点受到广泛关注。然而，它存在复杂的不可逆相变和缓慢的动力学问题，导致其空气稳定性差和容量低。此外，限制o3-nani0.5mn0.5o2应用的另一主要问题是其对水特别敏感，暴露在空气中后会吸收水分从而发生不可逆相变并导致稳定性能变差。

3、因此如何改良o3型钠离子电池层状正极材料的容量和空气稳定性就成为了钠离子电池相关技术中的关键问题之一。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种疏水性有机涂层改性钠离子电池o3相层状氧化物正极极片及其制备方法和应用，本发明通过在正极极片表面涂覆疏水性有机涂层，可以保护o3相层状氧化物材料，使其不发生相变副反应，提升空气稳定性，从而提升循环性能。

2、本发明提供了一种疏水性有机涂层改性钠离子电池o3相层状氧化物正极极片，包括基础正极片以及复合于所述基础正极片表面的疏水性有机涂层；

3、所述基础正极片包括o3相层状氧化物正极材料；

4、所述疏水性有机涂层包括疏水性有机物，所述疏水性有机物选自pvdf、ptfe、fep、ectfe、etfe、pfa、聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚酯、不含氟的丙烯酸酯、熔融石蜡中的至少两种。

5、优选的，所述疏水性有机物选自pvdf和ptfe、pfa和ptfe、pvdf和fep、pvdf和etfe、pfa和ea、pfa和pa，或者pfa和pc。

6、优选的，所述o3相层状氧化物正极材料为nanixfeymnzo2；

7、其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z＝1。

8、优选的，所述正极材料的粒径d50为1.21～103.2μm，比表面积bet为0.05～25.47m2/g，水含量为0.001％～1.03％。

9、优选的，所述疏水性有机涂层的厚度为1～5μm。

10、本发明还提供了一种上述正极极片的制备方法，包括以下步骤：

11、a)将o3相层状氧化物正极材料、导电剂、粘结剂与溶剂混合，得到正极浆料；

12、将所述正极浆料涂布于集流体表面干燥后得到基础正极片；

13、b)将疏水性有机物溶解于溶剂中，得到疏水性有机涂层浆料，所述疏水性有机物选自pvdf、ptfe、fep、ectfe、etfe、pfa、聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚酯、不含氟的丙烯酸酯、熔融石蜡中的至少两种；

14、将所述疏水性有机涂层浆料涂覆于所述基础正极片表面，干燥后，得到正极极片。

15、优选的，所述o3相层状氧化物正极材料按照如下方法进行制备：

16、将前驱体与钠盐混合进行固态烧结，得到o3相层状氧化物正极材料；

17、所述前驱体选自氧化镍、氧化镍铁、氧化镍铁锰、氧化锰、氧化铁、氧化锰铁、氧化镍锰、氢氧化镍、氢氧化铁、氢氧化锰、氢氧化镍铁、氢氧化镍铁锰和氢氧化镍锰中的一种或多种；

18、所述钠盐选自碳酸钠、氢氧化钠、氧化钠、过氧化钠、磷酸钠、硫酸钠、磷酸二氢钠、硫酸二氢钠、苯酚钠；

19、所述固态烧结的温度为700～1200℃；升温速率为0.01～10℃/min；保温时间为0.5～48h。

20、优选的，所述o3相层状氧化物正极材料按照如下方法进行制备：

21、将镍盐、铁盐和锰盐中的至少一种与钠盐混合进行固态烧结，得到o3相层状氧化物正极材料；

22、所述钠盐选自氯化钠，碳酸钠，碳酸氢钠，硫酸钠，硫酸氢钠，硝酸钠，磷酸钠，磷酸氢钠，磷酸二氢钠，硫化钠，亚硫酸钠，亚硫酸氢钠，亚硝酸钠，氯酸钠，高铁酸钠，氟化钠，溴化钠，碘化钠中的一种或多种；

23、所述镍盐选自硫酸镍、氯化镍、氨基磺酸镍、溴化镍、氢氧化亚镍、羰基镍、氧化镍中的一种或多种；

24、所述铁盐选自氧化铁、氧化亚铁、硫酸铁、氯化铁、硝酸铁、草酸亚铁中的一种或多种；

25、所述锰盐选自高锰酸钾、锰酸钾、氧化锰中的一种或多种；

26、所述固态烧结的温度为700～1200℃；升温速率为0.01～10℃/min；保温时间为0.5～48h。

27、优选的，步骤b)中，所述溶剂选自nmp、dmac、dmf、tep和dmso中的一种或多种；

28、所述疏水性有机涂层浆料中，疏水性有机物与溶剂的质量体积比为0.01～200mg：0.05～50ml；

29、所述干燥的温度为50～150℃，时间为0.5～15小时。

30、本发明还提供了一种钠离子电池，其特征在于，包括上述正极极片，或上述制备方法制备得到的正极极片。

31、与现有技术相比，本发明提供了一种疏水性有机涂层改性钠离子电池o3相层状氧化物正极极片，包括基础正极片以及复合于所述基础正极片表面的疏水性有机涂层；所述基础正极片包括o3相层状氧化物正极材料；所述疏水性有机涂层包括疏水性有机物，所述疏水性有机物选自pvdf、ptfe、fep、ectfe、etfe、pfa、聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚酯、不含氟的丙烯酸酯、熔融石蜡中的至少两种。本发明通过在正极极片表面涂覆疏水性有机涂层，可以保护o3相层状氧化物材料，使其不发生相变副反应，提升空气稳定性，从而提升循环性能。

技术特征：

1.一种疏水性有机涂层改性钠离子电池o3相层状氧化物正极极片，其特征在于，包括基础正极片以及复合于所述基础正极片表面的疏水性有机涂层；

2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述疏水性有机物选自pvdf和ptfe、pfa和ptfe、pvdf和fep、pvdf和etfe、pfa和ea、pfa和pa，或者pfa和pc。

3.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述o3相层状氧化物正极材料为nanixfeymnzo2；

4.根据权利要求3所述的正极极片，其特征在于，所述正极材料的粒径d50为1.21～103.2μm，比表面积bet为0.05～25.47m2/g，水含量为0.001％～1.03％。

5.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述疏水性有机涂层的厚度为1～5μm。

6.一种如权利要求1～5任意一项所述的正极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述o3相层状氧化物正极材料按照如下方法进行制备：

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述o3相层状氧化物正极材料按照如下方法进行制备：

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中，所述溶剂选自nmp、dmac、dmf、tep和dmso中的一种或多种；

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求1～5任意一项所述的正极极片，或权利要求6～9任意一项所述的制备方法制备得到的正极极片。

技术总结
本发明提供了一种疏水性有机涂层改性钠离子电池O3相层状氧化物正极极片，包括基础正极片以及复合于所述基础正极片表面的疏水性有机涂层；所述基础正极片包括O3相层状氧化物正极材料；所述疏水性有机涂层包括疏水性有机物，所述疏水性有机物选自PVDF、PTFE、FEP、ECTFE、ETFE、PFA、聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚酯、不含氟的丙烯酸酯、熔融石蜡中的至少两种。本发明通过在正极极片表面涂覆疏水性有机涂层，可以保护O3相层状氧化物材料，使其不发生相变副反应，提升空气稳定性，从而提升循环性能。

技术研发人员：王迪,董英男,张继宗,蒋绮雯,司煜
受保护的技术使用者：江苏正力新能电池技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15