正极极片及其制备方法、储能装置和用电装置与流程

本发明属于电池领域，具体而言，涉及一种正极极片及其制备方法、储能装置和用电装置。

背景技术：

1、储能电池是一种方便的电源转换器，随着绿色能源的推广以及能源安全和城市空气质量改善要求的不断提升，近年来储能电池的市场快速增长，但当前储能电池的性能表现仍有待改善，其中容量储存和循环性能问题尤为突出。而对于储能电池而言，正极材料是决定电池的容量和循环性能的重要因素。

2、在目前已经实现商业化的正极材料中，磷酸焦磷酸铁钠的结构稳定性好，是当前最有产业化前景的电池正极材料之一，然而现有的磷酸焦磷酸铁钠的残碱含量高，阻碍了磷酸焦磷酸铁钠在电池领域的发展。

技术实现思路

1、本发明主要是基于以下问题和发现提出的：

2、钠离子电池材料在生产过程中考虑到钠元素的流失，材料生产过程中往往会加入过量钠盐，导致材料烧结后钠盐残留，主要以碳酸钠和氢氧化钠形式存在，简称残碱。如果钠离子电池正极材料的碱性过高，在加工过程中会导致材料易吸水受潮，在搅浆过程中黏度增加，容易形成果冻状，导致加工性能变差；另外，碳酸钠在高电压下分解是电池胀气的原因之一，从而带来安全方面的隐患；表面碱性化合物还会形成不可逆的容量损失，同时恶化循环性能，所以必须控制材料的碳酸钠等残碱的含量。

3、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种正极极片及其制备方法、储能装置和用电装置，该正极极片包括磷酸焦磷酸铁钠na3fe2(po4)p2o7，该磷酸焦磷酸铁钠残碱含量低，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

4、在本发明的一个方面，本发明提出了一种正极极片，根据本发明的实施例，所述正极极片包括正极集流体和正极活性物质层，所述正极活性物质层设在所述正极集流体的至少一侧，所述正极活性物质层包括磷酸焦磷酸铁钠，所述磷酸焦磷酸铁钠包括na3fe2(po4)p2o7，所述磷酸焦磷酸铁钠的ph满足：7<ph≤10。

5、根据本发明上述实施例的正极极片，发明人研究发现，若磷酸焦磷酸铁钠的ph过大，会导致磷酸焦磷酸铁钠的残碱含量过高，而残碱含量过高，首先会使浆料的粘度增大，难以过筛，情况严重时会导致浆料变成果冻状，成为废料，进而影响正极极片的加工；其次，残碱容易吸收水分，会使水分进入电池中，导致电池的内阻增大，极化增大，副反应增多，进而会使电池产气增加，影响电池的首次库伦效率、循环性能和安全性能；最后，残碱中的氢氧化钠和碳酸钠会与电解液中的盐和部分添加剂发生反应，影响活性物质磷酸焦磷酸铁钠的界面反应，导致电池的内阻增大，副反应增多，进而影响电池的循环性能。由此，本技术提供的磷酸焦磷酸铁钠的ph达到上述范围内，可以使得磷酸焦磷酸铁钠具有较低的残碱，从而有利于提高电池的容量和循环稳定性。

6、另外，根据本发明上述实施例的正极极片可以具有如下附加技术特征：

7、在本发明的一些实施例中，所述磷酸焦磷酸铁钠在0.1c倍率下的克容量为85mah/g-100mah/g。由此，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

8、在本发明的一些实施例中，所述正极活性物质层还包括导电剂和粘接剂，所述磷酸焦磷酸铁钠与所述导电剂和所述粘接剂的质量比为（7-9.5）:（0.1-2）:（0.1-1）。由此，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

9、在本发明的一些实施例中，所述正极活性物质层的厚度为50μm-90μm。由此，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

10、在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备上述所述正极极片的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

11、将混合磷源、混合钠源、混合铁源和碳源混合，得到混合物料，所述混合磷源包括至少两种含有磷元素的化合物，所述混合钠源至少包括第一钠源和含有助熔剂的第二钠源，所述混合铁源包括至少两种含有铁元素的化合物，所述混合钠源、所述混合铁源和所述混合磷源按照钠元素、铁元素和磷元素的摩尔比为（2.95-3.05）:（1.95-2.05）:（2.95-3.05）进行混合；

12、在保护气氛下，将所述混合物料进行煅烧，得到包括na3fe2(po4)p2o7的磷酸焦磷酸铁钠；

13、将所述包括na3fe2(po4)p2o7的磷酸焦磷酸铁钠制成正极浆料，在正极集流体的至少一侧施加所述正极浆料，得到所述正极极片。

14、由此，采用该方法可以制备得到上述包括磷酸焦磷酸铁钠的正极极片，该磷酸焦磷酸铁钠的残碱较低，从而有利于提高电池的容量和循环稳定性，且该方法工艺简单，有利于工业化生产。

15、在本发明的一些实施例中，所述混合磷源包括磷酸二氢钠、磷酸铁和磷酸氢二钠中的至少两种。由此，能够得到残碱含量低且克容量高的磷酸焦磷酸铁钠，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

16、在本发明的一些实施例中，所述第一钠源包括乙酸钠、氢氧化钠、草酸钠、亚硝酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、无水硫酸钠、柠檬酸钠、硬脂酸钠、海藻酸钠和羧甲基纤维素钠中的至少之一。由此，能够得到残碱含量低且克容量高的磷酸焦磷酸铁钠，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

17、在本发明的一些实施例中，所述第二钠源包括碳酸钠、硝酸钠、氢氧化钠和亚硝酸钠中的至少之一。由此，能够降低磷酸焦磷酸铁钠制备过程中的煅烧温度，可以得到残碱含量低且克容量高的磷酸焦磷酸铁钠，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

18、在本发明的一些实施例中，基于所述混合钠源的总量，所述第二钠源的质量占比为30%-70%。由此，能够降低磷酸焦磷酸铁钠制备过程中的煅烧温度，可以得到残碱含量低且克容量高的磷酸焦磷酸铁钠，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

19、在本发明的一些实施例中，所述混合铁源包括磷酸铁、草酸亚铁、二水草酸亚铁、硝酸铁、单质铁粉、氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、氢氧化铁和氯化铁中的至少两种。由此，可以得到残碱含量低且克容量高的磷酸焦磷酸铁钠，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

20、在本发明的一些实施例中，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、抗坏血酸、聚乙二醇、碳纳米管和还原氧化石墨烯中的至少一种。由此，可以得到残碱含量低且克容量高的磷酸焦磷酸铁钠，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

21、在本发明的一些实施例中，将所述混合磷源、混合钠源、混合铁源和碳源混合得到混合物料包括：将所述混合磷源、混合钠源、混合铁源、碳源与水混合进行砂磨，得到浆料；将所述浆料进行喷雾干燥，得到干燥颗粒。由此，可以得到残碱含量低且克容量高的磷酸焦磷酸铁钠，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

22、在本发明的一些实施例中，所述浆料中颗粒的dv50小于或等于0.8μm。由此，可以得到残碱含量低且克容量高的磷酸焦磷酸铁钠，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

23、在本发明的一些实施例中，所述喷雾干燥过程满足以下条件中的至少之一：进风温度为180℃-220℃；出风温度为80℃-120℃；所述干燥颗粒的粒径为4μm-7μm。由此，可以得到残碱含量低且克容量高的磷酸焦磷酸铁钠，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

24、在本发明的一些实施例中，所述煅烧处理的温度为400℃-500℃。由此，有利于得到纯度较高的磷酸焦磷酸铁钠。

25、在本发明的一些实施例中，将所述混合物料进行煅烧包括将混合物料以2℃/min-5℃/min的升温速率升温至400℃-500℃的温度下且保温4h-8h时间，然后以2℃/min-5℃/min的降温速率降至室温。由此，可以得到残碱含量低且克容量高的磷酸焦磷酸铁钠，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

26、在本发明的一些实施例中，所述混合物料的dv50小于或等于0.8μm。由此，能够得到具有较高纯度和克容量的磷酸焦磷酸铁钠，有利于提高电池的容量和循环性能。

27、在本发明的一些实施例中，将所述混合物料在400℃-500℃的温度下进行煅烧包括：

28、将混合物料以2℃/min-6℃/min的升温速率升温至400℃-500℃的温度下且保温3h-8h时间，然后以2℃/min-6℃/min的降温速率降至室温。由此，可以得到残碱含量低且克容量高的磷酸焦磷酸铁钠，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

29、在本发明的一些实施例中，将所述包括na3fe2(po4)p2o7的磷酸焦磷酸铁钠制成正极浆料前，预先将所述磷酸焦磷酸铁钠进行破碎。由此，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

30、在本发明的一些实施例中，所述破碎后的磷酸焦磷酸铁钠dv50为3μm-7μm。由此，有利于提高电池的容量和循环稳定性。

31、在本发明的第三个方面，本发明提出了一种储能装置。由此，该储能装置包括上述负极极片或采用上述的方法得到的正极极片，与现有技术相比，该储能装置综合性能较好，能够兼具较高的电容量和较好的循环性能。

32、在本发明的第四个方面，本发明提出了一种用电装置。由此，该用电装置包括上述储能装置，与现有技术相比，该用电装置的续航时间和电池使用寿命较长，市场满意度较高。

33、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。