【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠离子电池正极材料，具体而言，涉及一种嵌合固溶体正极材料及其制备方法、正极片、钠离子电池和用电设备。
技术介绍
1、由于化石燃料储量日益减少和环境污染问题，以及出于能源安全的角度，太阳能、风能、地热能等新能源的发展受到广泛关注和研究。但是，这些新型能源存在时空性限制，难以得到高效利用，因此储能材料和技术的开发成为了新能源使用与发展的关键。
2、近年来，锂离子电池由于高能量密度，成为了发展最迅速和应用最广泛的储能器件。然而，锂资源的稀缺和开采难度大等缺点，难以应用到大型储能领域。因此，具有相似性质的同样作为碱金属的na元素，被视为锂离子电池的理想替代品。
3、钠离子电池的正极材料分为层状结构氧化物、普鲁士蓝及其衍生物和焦磷酸盐，其中，层状结构氧化物由于较稳定的结构和对环境友好，受到诸多研究人员的青睐。层状结构氧化物有p2型和o3型，p2型有较好的动力学性能，但较低的钠含量限制了可提供容量，且深度脱钠后常伴随剧烈相变，结构稳定性较差；o3型可提供更高的初始容量，但往往相变过程复杂，倍率性能欠佳。因此，提升其结构稳定性至关重要。现有技术结合p2型和o3型正极材料的优缺点，合成了一种p2/o3复合相层状氧化物正极材料，展现出优异的电化学性能和应用潜力。
4、然而，不论是p2型还是o3型层状结构氧化物，都存在着能量密度较低的缺陷。因此，一种结构稳定和能量密度高的层状氧化物正极材料备受期待。
5、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路>
1、本专利技术的第一目的在于提供一种嵌合固溶体正极材料，该嵌合固溶体正极材料是一种结构稳定且能量密度高的层状氧化物正极材料，其中，li2mno3具有较高的能量密度，在充放电过程中，li+脱嵌可以提供容量，同时部分li+可进入na+位置，为层状结构提供支撑，提高了层状结构的稳定性。解决了现有技术的正极材料结构稳定性较差以及能量密度较低的问题。
2、本专利技术的第二目的在于提供一种嵌合固溶体正极材料的制备方法，该方法可以提升嵌合固溶体正极材料的结构稳定和能量密度。
3、本专利技术的第三目的在于提供一种正极片，由该正极片制得的钠离子电池的容量高，首次库伦效率高。
4、本专利技术的第四目的在于提供一种钠离子电池，该钠离子电池的容量和首效高。
5、本专利技术的第五目的在于提供一种用电设备。
6、为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
7、本专利技术首先提供了一种嵌合固溶体正极材料，所述嵌合固溶体正极材料的化学式为mnanixmnyazo2·(1-m)li2mno3；其中，0.5≤m<1，1/3≤x≤0.5，1/3≤y≤0.5，0≤z≤1/3，x+y+z=1，a包括cu、fe、co和ti元素中的至少一种。
8、优选地，含有所述嵌合固溶体正极材料的钠离子电池在0.1c下的首次充电容量≥161mah/g，首次放电容量≥150mah/g，首效≥91%。
9、本专利技术进一步提供了所述嵌合固溶体正极材料的制备方法，包括如下步骤：将含有钠源、镍源、锰源、锂源的混合物料进行分段烧结，得到所述嵌合固溶体正极材料；
10、可选地，所述混合物料中还包括含a添加剂，其中a包括cu、fe、co和ti元素中的至少一种。
11、优选地，所述分段烧结的方法包括：先于300~500℃保温1~5h进行第一烧结，然后于800~1000℃保温10~15h进行第二烧结；
12、或者，先于300~500℃保温1~5h进行一段烧结，之后于550~750℃保温1~5h进行二段烧结，再于800~1000℃保温10~15h进行三段烧结。
13、优选地，所述混合物料的制备方法具体包括：将各原料混合并进行湿法球磨，然后干燥。
14、优选地，所述湿法球磨的固含量为30%~40%，所述湿法球磨的转速为1500~2500rpm，所述湿法球磨的时间为1~3h；
15、和/或，所述干燥的方法包括喷雾干燥；所述喷雾干燥的进风温度为200~250℃，出风温度为105~110℃。
16、优选地，所述分段烧结之后还包括破碎的步骤，所述破碎至材料的中值粒径d50为8~12μm。
17、本专利技术又提供了一种正极片，包括所述嵌合固溶体正极材料，或者所述嵌合固溶体正极材料的制备方法所制得的嵌合固溶体正极材料。
18、本专利技术另外提供了一种钠离子电池，包括所述正极片。
19、本专利技术还提供了一种用电设备，包括所述钠离子电池。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
21、（1）本专利技术提供的嵌合固溶体正极材料，其中li2mno3具有较高的能量密度，在充放电过程中li+脱嵌可以提供容量，同时部分li+可进入na+位置，为层状结构提供支撑，能够提高层状结构的稳定性。
22、（2）本专利技术提供的嵌合固溶体正极材料具有高容量和高首次库伦效率。
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1.一种嵌合固溶体正极材料，其特征在于，所述嵌合固溶体正极材料的化学式为mNaNixMnyAzO2·(1-m)Li2MnO3；其中，0.5≤m<1，1/3≤x≤0.5，1/3≤y≤0.5，0≤z≤1/3，x+y+z=1，A包括Cu、Fe、Co和Ti元素中的至少一种。
2.根据权利要求1所述嵌合固溶体正极材料，其特征在于，含有所述嵌合固溶体正极材料的钠离子电池在0.1C下的首次充电容量≥161mAh/g，首次放电容量≥150mAh/g，首效≥91%。
3.如权利要求1或2所述嵌合固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将含有钠源、镍源、锰源、锂源的混合物料进行分段烧结，得到所述嵌合固溶体正极材料；
4.根据权利要求3所述嵌合固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，所述分段烧结的方法包括：先于300~500℃保温1~5h进行第一烧结，然后于800~1000℃保温10~15h进行第二烧结；
5.根据权利要求3所述嵌合固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，所述混合物料的制备方法具体包括：将各原料混合并进行湿法球磨，然后干燥。
6.根据权利要求5所述嵌合固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，所述湿法球磨的固含量为30%~40%，所述湿法球磨的转速为1500~2500rpm，所述湿法球磨的时间为1~3h；
7.根据权利要求3所述嵌合固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，所述分段烧结之后还包括破碎的步骤，所述破碎至材料的中值粒径D50为8~12μm。
8.一种正极片，其特征在于，包括如权利要求1或2所述嵌合固溶体正极材料，或者如权利要求3~7任一项所述嵌合固溶体正极材料的制备方法所制得的嵌合固溶体正极材料。
9.一种钠离子电池，其特征在于，包括如权利要求8所述正极片。
10.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求9所述钠离子电池。
...【技术特征摘要】
1.一种嵌合固溶体正极材料，其特征在于，所述嵌合固溶体正极材料的化学式为mnanixmnyazo2·(1-m)li2mno3；其中，0.5≤m<1，1/3≤x≤0.5，1/3≤y≤0.5，0≤z≤1/3，x+y+z=1，a包括cu、fe、co和ti元素中的至少一种。
2.根据权利要求1所述嵌合固溶体正极材料，其特征在于，含有所述嵌合固溶体正极材料的钠离子电池在0.1c下的首次充电容量≥161mah/g，首次放电容量≥150mah/g，首效≥91%。
3.如权利要求1或2所述嵌合固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将含有钠源、镍源、锰源、锂源的混合物料进行分段烧结，得到所述嵌合固溶体正极材料；
4.根据权利要求3所述嵌合固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，所述分段烧结的方法包括：先于300~500℃保温1~5h进行第一烧结，然后于800~1000℃保温10~15h进...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝长旺，戚兴国，李树军，唐堃，
申请(专利权)人：溧阳中科海钠科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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