【技术实现步骤摘要】
本公开涉及正极材料，具体而言，涉及一种铁锰酸钠正极材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、近年来，锂离子电池(lib)因具有高能量密度、长寿命和安全性好等优点，已成为便携式电子产品和电动汽车的主要电源设备。然而，有限的锂储量及高成本成为了目前限制锂电池发展的主要因素。相比于锂资源，钠资源储量丰富、价格低廉且易于获取，因此钠离子电池(sib)获得了研究者们的大量关注，其在大型储能设备中展现出了良好的应用前景。
2、其中，层状钠过渡金属氧化物正极材料na0.67[fe0.5mn0.5]o2具有成本低、结构简单且理论容量值高(190mah/g)的优势，但其在充放电过程中存在复杂的相变、容量衰减速度过快、钠离子扩散缓慢及循环稳定性差等问题，这对钠电池的电化学性能会产生不利影响。
3、鉴于此，特提出本公开。
技术实现思路
1、本公开的目的包括提供一种铁锰酸钠正极材料及其制备方法与应用，以改善或解决上述技术问题中的至少一种。
2、本公开可这样实现：
3、第一方面，本公开提供一种铁锰酸钠正极材料，其包括铁锰酸钠本体和包覆于铁锰酸钠本体表面的碳包覆层；
4、其中，铁锰酸钠本体中掺杂有钴，碳包覆层中掺杂有氮。
5、在可选的实施方式中，铁锰酸钠正极材料为层状材料。
6、在可选的实施方式中，碳包覆层具有以下特征中的至少一种：
7、特征一：碳包覆层的厚度为3.2nm-6.5nm；
8、特征二：碳包覆
9、第二方面，本公开提供一种如前述实施方式任一项的铁锰酸钠正极材料的制备方法，包括以下步骤：将钠源与钴锰铁复合氧化物材料的混合物进行烧结；
10、其中，钴锰铁复合氧化物材料的表面包覆有氮掺杂的碳包覆层。
11、在可选的实施方式中，钴锰铁复合氧化物材料的制备包括：将钴锰铁复合氧化物与导电聚合物复合所得的复合材料于450℃-550℃的条件下煅烧2h-3h。
12、在可选的实施方式中，复合材料的制备包括：将钴锰铁复合氧化物与吡咯或苯胺单体的溶液混合，加入醋酸，固液分离，收集固相物，干燥。
13、在可选的实施方式中，先将钴锰铁复合氧化物与吡咯或苯胺单体的溶液于冰水浴条件下混合，再加入醋酸继续混合。
14、在可选的实施方式中，钴锰铁复合氧化物的质量与吡咯或苯胺单体的溶液的体积之比为3.75g:100ml至11.33g:100ml；吡咯或苯胺单体的溶液的浓度为0.4mol/l-0.6mol/l；
15、和/或，吡咯或苯胺单体的溶液中的溶剂为醇类。
16、在可选的实施方式中，钴锰铁复合氧化物的质量与醋酸的体积之比为1g:1ml至1g:2ml，其中，醋酸的浓度为0.08mol/l-0.12mol/l。
17、在可选的实施方式中，吡咯或苯胺单体的溶液中还加入有表面活性剂。
18、在可选的实施方式中，表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种；
19、和/或，表面活性剂的加入量为钴锰铁复合氧化物的10wt％-15wt％。
20、在可选的实施方式中，钴锰铁复合氧化物的制备包括：将层状钴锰铁氢氧化物干凝胶于450℃-550℃的条件下煅烧3h-5h。
21、在可选的实施方式中，层状钴锰铁氢氧化物干凝胶的制备包括：将含钴盐、铁盐以及锰盐的混合液与氨水以及促凝剂混合，得到溶胶溶液；将溶胶溶液静置老化，得到凝胶；去除凝胶中的溶剂。
22、在可选的实施方式中，混合是将混合液、氨水以及促凝剂于55℃-65℃的条件下搅拌4h-6h。
23、在可选的实施方式中，钴盐、铁盐及锰盐的摩尔比为x:y:1，其中，0＜x≤0.5，0.5≤y＜1，x+y＝1。
24、在可选的实施方式中，钴盐、铁盐及锰盐的摩尔比为x:y:1，其中，0.2≤x≤0.5，0.5≤y≤0.8，x+y＝1。
25、在可选的实施方式中，混合液中的金属元素的总浓度为0.5mol/l-1.5mol/l。
26、在可选的实施方式中，钴盐包括氯化钴和硝酸钴中的至少一种；
27、和/或，锰盐包括氯化锰和硝酸锰中的至少一种；
28、和/或，铁盐包括氯化铁和硝酸铁中的至少一种。
29、在可选的实施方式中，氨水的浓度为20％-30％，氨水的用量为混合液的体积的5％-10％。
30、在可选的实施方式中，促凝剂的用量为混合液体积的0.5％-2.5％；
31、和/或，促凝剂包括单乙醇胺、环氧丙烷和柠檬酸水溶液中的至少一种，其中，柠檬酸水溶液的浓度为0.08mol/l-0.12mol/l。
32、在可选的实施方式中，静置老化的时间为10h-15h。
33、在可选的实施方式中，混合物由钠源与钴锰铁复合氧化物材料球磨而得。
34、在可选的实施方式中，钠源与钴锰铁复合氧化物材料的摩尔比为1.02:1至1.06:1。
35、在可选的实施方式中，钠源包括碳酸钠、醋酸钠和硝酸钠中的至少一种。
36、在可选的实施方式中，球磨时间为2h-5h。
37、在可选的实施方式中，烧结包括：于450℃-550℃的条件下预烧4h-8h，再于750℃-900℃的条件下焙烧10h-15h。
38、第三方面，本公开提供一种钠离子电池，其制备原料包括前述实施方式任一项的铁锰酸钠正极材料。
39、本公开的有益效果包括：
40、本公开的铁锰酸钠正极材料中，通过在铁锰酸钠本体中掺杂钴离子，钴离子能与过渡金属氧化物层中的氧有效结合，稳定材料晶格中的氧离子，抑制过渡金属氧化物层的滑移，还能减少电极材料在充放电过程中经历相变的次数，从而提升材料的循环稳定性、倍率性能和容量保持率。但仅掺杂钴离子，在一定程度上可能会增加正极材料的电阻率，本公开通过在铁锰酸钠本体的表面包覆具有氮掺杂的碳包覆层，不仅能提高铁锰酸钠正极材料的导电性能，降低因掺杂钴导致的材料电阻率增大的问题，而且还能缓解铁锰酸钠正极材料在循环过程中的结构、体积变化，此外，该包覆层的设置还能阻碍电极材料和电解液的直接接触，减少电极表面副反应的发生，提升材料的界面稳定性。
41、本公开提供的铁锰酸钠正极材料的工艺流程简单、操作容易、原料易得。
42、所得的铁锰酸钠正极材料可用于制备钠离子电池，有利于提高钠离子电池的循环稳定性、倍率性能和容量保持率。
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1.一种铁锰酸钠正极材料，其特征在于，所述铁锰酸钠正极材料包括铁锰酸钠本体和包覆于所述铁锰酸钠本体表面的碳包覆层；
2.根据权利要求1所述的铁锰酸钠正极材料，其特征在于，所述铁锰酸钠正极材料为层状材料；
3.一种如权利要求1或2所述的铁锰酸钠正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将钠源与钴锰铁复合氧化物材料的混合物进行烧结；
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钴锰铁复合氧化物材料的制备包括：将钴锰铁复合氧化物与导电聚合物复合所得的复合材料于450℃-550℃的条件下煅烧2h-3h。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述复合材料的制备包括：将钴锰铁复合氧化物与吡咯或苯胺单体的溶液混合，加入醋酸，固液分离，收集固相物，干燥；
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述钴锰铁复合氧化物的制备包括：将层状钴锰铁氢氧化物干凝胶于450℃-550℃的条件下煅烧3h-5h。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述层状钴锰铁氢氧化物干凝胶的制备包括：将含钴盐、铁盐以及
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述混合物由所述钠源与所述钴锰铁复合氧化物材料球磨而得；
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，烧结包括：于450℃-550℃的条件下预烧4h-8h，再于750℃-900℃的条件下焙烧10h-15h。
10.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池的制备原料包括权利要求1或2所述的铁锰酸钠正极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种铁锰酸钠正极材料，其特征在于，所述铁锰酸钠正极材料包括铁锰酸钠本体和包覆于所述铁锰酸钠本体表面的碳包覆层；
2.根据权利要求1所述的铁锰酸钠正极材料，其特征在于，所述铁锰酸钠正极材料为层状材料；
3.一种如权利要求1或2所述的铁锰酸钠正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将钠源与钴锰铁复合氧化物材料的混合物进行烧结；
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钴锰铁复合氧化物材料的制备包括：将钴锰铁复合氧化物与导电聚合物复合所得的复合材料于450℃-550℃的条件下煅烧2h-3h。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述复合材料的制备包括：将钴锰铁复合氧化物与吡咯或苯胺单体的溶液混合，加入醋酸，固液分离，收集固相物，干燥；
6.根据权利要求5...
【专利技术属性】
技术研发人员：余海军，李长东，李爱霞，王涛，谢英豪，
申请(专利权)人：广东邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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