【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池，尤其涉及一种具有高循环性能的钠离子电池正极材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、随着全球经济的发展，对能源的需求不断增长。然而，传统的化石燃料能源资源有限，且使用过程中会产生大量的污染物，对环境造成严重影响。因此，寻找一种清洁、高效、可再生的能源成为当今世界各国的共同追求。目前，锂离子电池是最为常见的电池类型，被广泛应用于移动电子设备、电动汽车等领域。然而，锂离子电池存在一些局限性，如锂资源有限、价格较高、对环境有潜在风险等。因此，寻找一种替代锂的电池材料成为研发人员关注的焦点。
2、相比锂资源，钠资源更为丰富，且价格相对较低。钠离子电池利用钠离子在正负极之间的嵌入与脱嵌来存储和释放电能，因此使用钠作为电池的正负极材料具有潜在优势。近年来，钠离子电池的研发取得了一系列重要进展。研究人员通过优化电解液、电极材料等关键技术，提高了钠离子电池的循环稳定性、能量密度等性能指标。同时，一些国际知名公司和研究机构也相继投入了钠离子电池的研发与商业化推广，加速了钠离子电池的发展。钠离子电池作为一种潜在的替代锂离子电池的能源存储技术，具有重要的应用前景与发展潜力。
3、钠离子电池可以根据不同的分类标准进行分类。最常见的分类方式是按照正极材料进行分类，可分为氧化物类、聚阴离子类和普鲁士蓝类，而氧化物可分为层状结构氧化物和隧道结构氧化物。层状氧化物是最早研究的一类嵌入型化合物，具有较高的能量密度以及易于制备的特点，根据层状氧化物中钠离子的配位构型与氧的堆垛方式可大致分为o3相正极材料与p2相正极材
技术实现思路
1、为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中钠离子电池的中的o3相层状氧化物材料的循环性能较差的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有高循环性能的钠离子电池正极材料及其制备方法与应用，通过优化o3相层状氧化物正极材料结构稳定性来克服现有技术中钠离子电池的中的o3相层状氧化物材料的循环性能较低等问题，进而得到一种具有高循环性能的钠离子电池正极材料。
3、本专利技术的第一个目的是提供一种具有高循环性能的钠离子电池正极材料，所述具有高循环性能的钠离子电池正极材料具有核壳结构，内核为o3相结构的层状氧化物，外壳为p2相结构的层状氧化物；以p2相包覆o3相的正极材料来弥补o3相结构容易在钠离子重复脱嵌后结构塌陷造成循环性能下降的缺点同时发挥o3相材料初始容量高的优点。
4、所述o3相结构的层状氧化物的化学式为naxniafebmncmdo2，其中，m为除ni、fe、mn以外的掺杂元素；0.8≤x≤1.05，0<a≤1，0<b≤1，0<c≤1，0≤d≤0.2，a+b+c+d＝1；x、a、b、c和d的取值满足化学式的电荷平衡；
5、所述p2相结构的层状氧化物的化学式为nayniemnfngo2，其中，n为除ni、mn以外的掺杂元素；0.45≤y≤0.85，0<e≤1，0<f≤1，0≤g≤0.2，e+f+g＝1；y、e、f和g的取值满足化学式的电荷平衡。
6、在本专利技术的一个实施例中，所述m选自ca、zn、cu、mg、al、w、nb、sb、zr和v中的一种或多种。
7、在本专利技术的一个实施例中，所述n选自fe、ca、zn、cu、mg、al、w、nb、sb、zr和v中的一种或多种。
8、在本专利技术的一个实施例中，所述具有高循环性能的钠离子电池正极材料中o3型结构的层状氧化物的质量占比为m1，且80％≤m1＜100％；p2型结构的层状氧化物的质量占比为m2，且0％＜m2≤20％。
9、本专利技术的第二个目的是提供一种所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
10、s1、对镍铁锰前驱体、m源和钠源a进行球磨、800℃-1100℃煅烧5h-15h，得到o3相结构的层状氧化物；
11、s2、向镍锰前驱体、n源和钠源b的混合粉末中加入s1所述的o3相结构的层状氧化物和碳酸盐，经800℃-1100℃煅烧5h-15h，在o3相结构的层状氧化物表层形成p2相结构的层状氧化物，得到所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料。
12、在本专利技术的一个实施例中，在s1中，所述镍铁锰前驱体选自镍铁锰碳酸盐、镍铁锰氢氧化物和镍铁锰氧化物中的一种或多种；所述m源选自氧化m、氢氧化m、碳酸m、氟化m、硫酸m和磷酸m中的一种或多种；所述钠源a选自氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或多种。
13、在本专利技术的一个实施例中，在s1中，所述球磨的转速为250r/min-400r/min，时间为3h-5h。
14、在本专利技术的一个实施例中，在s2中，所述n源选自氧化n、氢氧化n、碳酸n、氟化n、硫酸n和磷酸n中的一种或多种；所述镍锰前驱体选自镍锰碳酸盐、镍锰氢氧化物和镍锰氧化物中的一种或多种；所述钠源b选自氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或多种。
15、在本专利技术的一个实施例中，在s2中，所述碳酸盐选自碳酸钙、碳酸铝、碳酸镁和碳酸锌中的一种或多种；所述碳酸盐的添加量为总用量的1.0wt％-3.0wt％。
16、本专利技术的第三个目的是提供一种钠离子电池正极，所述的钠离子电池正极由所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料制备得到。
17、在本专利技术的一个实施例中，所述的钠离子电池正极包括所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料、导电剂和粘结剂。
18、进一步地，所述导电剂选自碳纳米管、乙炔黑、碳黑、碳纤维和石墨烯中的一种或多种。
19、优选地，所述导电剂选自乙炔黑。
20、优选地，所述导电剂的用量≤10wt％。可以为0.01wt％-10wt％，1wt％-10wt％，2wt％-10wt％，3wt％-10wt％，4wt％-10wt％，5wt％-10wt％，6wt％-10wt％，7wt％-10wt％，8wt％-10wt％，9wt％-10wt％；0.01wt％、0.5wt％、1wt本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有高循环性能的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述具有高循环性能的钠离子电池正极材料具有核壳结构，内核为O3相结构的层状氧化物，外壳为P2相结构的层状氧化物；
2.根据权利要求1所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述M选自Ca、Zn、Cu、Mg、Al、W、Nb、Sb、Zr和V中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述N选自Fe、Ca、Zn、Cu、Mg、Al、W、Nb、Sb、Zr和V中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述具有高循环性能的钠离子电池正极材料中O3型结构的层状氧化物的质量占比为m1，且80％≤m1＜100％；P2型结构的层状氧化物的质量占比为m2，且0％＜m2≤20％。
5.一种权利要求1-4任一项所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在S1中，所述镍铁
7.根据权利要求5所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在S2中，所述N源选自氧化N、氢氧化N、碳酸N、氟化N、硫酸N和磷酸N中的一种或多种；所述镍锰前驱体选自镍锰碳酸盐、镍锰氢氧化物和镍锰氧化物中的一种或多种；所述钠源B选自氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或多种。
8.根据权利要求5所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在S2中，所述碳酸盐选自碳酸钙、碳酸铝、碳酸镁和碳酸锌中的一种或多种；所述碳酸盐的添加量为总用量的1.0wt％-3.0wt％。
9.一种钠离子电池正极，其特征在于，所述的钠离子电池正极由权利要求1-4任一项所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料制备得到。
10.一种钠离子电池，其特征在于，其正极由权利要求9所述的钠离子电池正极制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种具有高循环性能的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述具有高循环性能的钠离子电池正极材料具有核壳结构，内核为o3相结构的层状氧化物，外壳为p2相结构的层状氧化物；
2.根据权利要求1所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述m选自ca、zn、cu、mg、al、w、nb、sb、zr和v中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述n选自fe、ca、zn、cu、mg、al、w、nb、sb、zr和v中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料，其特征在于，所述具有高循环性能的钠离子电池正极材料中o3型结构的层状氧化物的质量占比为m1，且80％≤m1＜100％；p2型结构的层状氧化物的质量占比为m2，且0％＜m2≤20％。
5.一种权利要求1-4任一项所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的具有高循环性能的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在s1...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛超，李晨威，韩鹏，乔少华，
申请(专利权)人：无锡钠科能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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