【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池层状氧化物正极，具体一种纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料及其制备方法及其应用。
技术介绍
1、近年来，国内锂资源匮乏的弊端日益显著，在未来将无法满足大规模储能的需求，因此需要开发能部分替代锂离子电池的新材料体系。钠离子电池具有能量密度较高、安全稳定性较好、与li相似度更高、丰度高等优点，近年来得到了广泛研究。因此，需要开发更高能量密度与循环寿命的钠离子电池。
2、目前，无钴的ni-fe-mn基层状氧化物正极材料具有高比容量、低成本和环境友好性等优点，被认为是最有前途的钠离子电池正极材料之一。但该类材料仍然存在着结构不稳定和电化学性能较差的问题：一方面，在充放电过程中过渡金属离子迁移、过渡金属层发生滑移并引发一系列相变，从而产生晶格畸变应力导致结构不稳定；另一方面，在空气中储存时，晶格中的na逃逸到晶粒表面并形成纤维状的na2co3，从而导致严重的容量衰减和极化。使得该材料难以储存和运输，从而阻碍了其实际应用。
3、传统的改性手段如惰性元素掺杂、表面包覆等，能有效改善正极材料的结构稳定性及空气稳定性，但这些手段往往牺牲部分容量，且难以改善循环过程中倍率性能变差的问题。因此，需要研究出一种能同时中和容量牺牲与动力学性能下降问题的新型改性策略。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的层状氧化物正极材料循环过程中容量衰减、倍率性能不佳及空气稳定性差等问题，本专利技术提供了一种纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料及其制备方法及其应用；本专利
2、为了解决上述技术目的，本专利技术采用以下技术手段：
3、本专利技术首先提供了一种纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料，所述钠离子电池正极材料以naxniamnbfe1-a-bo2为基体材料，na2m2teo6为改性物质；naxniamnbfe1-a-bo2中，0.66≤x≤1，0.01≤a≤0.33，0.33≤b≤0.75，0≤1-a-b≤0.33，na2m2teo6中m包括cu、ni、co、mg、zn中的一种或多种；所述钠离子电池正极材料由纳米片状颗堆积形成球形；钠离子电池正极材料中，蜂窝层状结构的na2m2teo6除包覆在基体材料naxniamnbfe1-a-bo2外侧，还弥散分布在naxniamnbfe1-a-bo2纳米颗粒中，并与之形成p2/o3层状互锁结构。
4、优选地，所述的钠离子电池正极材料的空间群为p63/mmc、p63/mcm或r-3m。
5、优选地，所述na2m2teo6与naxniamnbfe1-a-bo2的质量比为(0.5％∶1)～(20％∶1)。
6、本专利技术还提供了上述纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
7、(1)在惰性气氛保护下，将镍源、铁源、锰源溶于蒸馏水中，向其中加入共沉淀剂进行反应，反应结束后洗涤、过滤、干燥，得到niamnbfe1-a-b(oh)2前驱体；
8、(2)将niamnbfe1-a-b(oh)2前驱体与钠盐、m化合物、te化合物并混合，然后加入球磨剂通过球磨混合均匀，得到混合物；所述m包括cu、ni、co、mg、zn中的一种或多种；
9、(3)将混合物进行多步烧结反应，反应结束后冷却，得到所述纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料。
10、优选地，步骤(1)中，所述惰性气体包括氩气、氮气中的任一种；
11、所述镍源、锰源、铁源为其对应醋酸盐、氯化物、硝酸盐、硫酸盐中的一种或多种；
12、所述共沉淀剂包括naoh溶液、nh4oh溶液、nahco3溶液中的一种或多种；
13、所述共沉淀剂中naoh：nh4oh：nahco3的摩尔比为0～100％：0～15％：0～35％，且三者摩尔比不同时为0。
14、优选地，步骤(1)中，按照产物niamnbfe1-a-b(oh)2前驱体的化学计量比计算镍源、铁源、锰源和共沉淀剂的加入量，其中，0.66≤x≤1，0.01≤a≤0.33,0.33≤b≤0.75,0≤1-a-b≤0.33。
15、优选地，步骤(2)中，niamnbfe1-a-b(oh)2前驱体、钠盐的摩尔比为1∶0.68～1∶1.15；
16、所述钠盐、m化合物、te化合物中na、m、te摩尔比为2∶2∶1～2.15∶2∶1。
17、优选地，步骤(2)中，所述钠盐包括na2co3、nano3、nahco3的一种或多种；
18、m化合物包括氧化物、硝酸盐、醋酸盐、碳酸盐、氢氧化物中的一种或多种；
19、te化合物包括氧化物、硝酸盐、醋酸盐、碳酸盐、氢氧化物中的一种或多种；
20、所述球磨剂包括甲醇、乙醇、丙醇、乙醚中的任一种；
21、球磨时，球：料：球磨剂的质量比为1～2∶1∶0.5～0.618。
22、优选地，步骤(3)中，所述多步烧结反应中，烧结气氛为氧气或空气的一种或多种；烧结方法为微波烧结、常压烧结、热压烧结、反应烧结、自烧结中的一种或多种。
23、优选地，步骤(3)中，所述多步烧结步骤包括两个阶段：
24、第一个阶段为在400～600℃预烧结0.5～12h，随后在700～1000℃烧结0.1～2h；
25、第二个阶段为在500～650℃预烧结4～12h，随后在700～950℃烧结4～12h；
26、所述多步烧结步骤中，升温速率为3～10℃/min。
27、本专利技术还提供了上述纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料在制备钠离子电池中的应用。
28、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
29、(1)本专利技术所述纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料中的改性材料na2m2teo6(m＝cu、ni、co、zn、mg)是一种结构稳定的p2相层状钠离子固体电解质材料，其室温离子电导率(～1.1ms/cm)基本与al2o3和nasicon电解质水平相当。并且，p2相na2m2teo6具有结构稳定和离子电导率更高的优势，此外还可降低锰离子浓度，从而抑制jahn-teller效应。na2m2teo6固态电解质由于具有较强的te-o键以及te6+的诱导效应，从而在高工作电压下仍具有良好的结构稳定性。
30、本专利技术利用简单多步烧结反应，同时实现na2m2teo6纳米微晶相掺杂与表面包覆，形成na2m2teo6与naxniamnbf本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述钠离子电池正极材料以NaxNiaMnbFe1-a-bO2为基体材料，Na2M2TeO6为改性物质；NaxNiaMnbFe1-a-bO2中，0.66≤x≤1，0.01≤a≤0.33，0.33≤b≤0.75，0≤1-a-b≤0.33，Na2M2TeO6中M包括Cu、Ni、Co、Mg、Zn中的一种或多种；所述钠离子电池正极材料由纳米片状颗堆积形成球形；钠离子电池正极材料中，蜂窝层状结构的Na2M2TeO6除包覆在基体材料NaxNiaMnbFe1-a-bO2外侧，还弥散分布在NaxNiaMnbFe1-a-bO2纳米颗粒中，并与之形成P2/O3层状互锁结构。
2.根据权利要求1所述的纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述的钠离子电池正极材料的空间群为P63/mmc、P63/mcm或R-3m。
3.根据权利要求1所述的纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述Na2M2TeO6与NaxNiaMnbFe1-a-bO2的质量比为(0.5％∶1)～(20％∶1)。
4.权利
5.根据权利要求4所述的纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述惰性气体包括氩气、氮气中的任一种；
6.根据权利要求4所述的纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，NiaMnbFe1-a-b(OH)2前驱体、钠盐的摩尔比为1∶0.68～1∶1.15；
7.根据权利要求4所述的纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述钠盐包括Na2CO3、NaNO3、NaHCO3的一种或多种；
8.根据权利要求4所述的纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述多步烧结反应中，烧结气氛为氧气或空气的一种或多种；烧结方法为微波烧结、常压烧结、热压烧结、反应烧结、自烧结中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述多步烧结步骤包括两个阶段：
10.权利要求1～3任一项所述纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料在制备钠离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述钠离子电池正极材料以naxniamnbfe1-a-bo2为基体材料，na2m2teo6为改性物质；naxniamnbfe1-a-bo2中，0.66≤x≤1，0.01≤a≤0.33，0.33≤b≤0.75，0≤1-a-b≤0.33，na2m2teo6中m包括cu、ni、co、mg、zn中的一种或多种；所述钠离子电池正极材料由纳米片状颗堆积形成球形；钠离子电池正极材料中，蜂窝层状结构的na2m2teo6除包覆在基体材料naxniamnbfe1-a-bo2外侧，还弥散分布在naxniamnbfe1-a-bo2纳米颗粒中，并与之形成p2/o3层状互锁结构。
2.根据权利要求1所述的纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述的钠离子电池正极材料的空间群为p63/mmc、p63/mcm或r-3m。
3.根据权利要求1所述的纳米微晶弥散强化的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述na2m2teo6与naxniamnbfe1-a-bo2的质量比为(0.5％∶1)～(20％∶1)。
4.权利要求1～3任一项所述纳米微晶弥散强化的钠离子...
【专利技术属性】
技术研发人员：周玉，曹美兰，张杨奕，孙墨林，苏明如，刘云建，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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