本公開屬于電池材料領域，具體涉及一種鈉離子電池正極材料及其制備方法和用途。

背景技術：

1、鋰離子電池因其能量密度高、倍率性能好、自放電率低等優(yōu)點，占據(jù)著動力電池的核心位置。隨著新能源汽車行業(yè)發(fā)展迅速，鋰資源面臨供應緊張，而與鋰元素屬于同一主族的鈉元素，因其物化性質與鋰元素相似，且地殼含量豐富，價格低廉，現(xiàn)正在成為鋰離子電池的有益補充。相比于其它鈉離子正極材料，鈉離子層狀材料理論比容量相對較高，但存在導電性差、結構穩(wěn)定性差等問題，導致其倍率性能和循環(huán)性能較差，同時，易受空氣環(huán)境的影響，材料的殘堿較高，在低溫下，鈉離子正極材料的擴散動力學性能下降，固體電解質界面異常生長，反應過程惡化，離子和電子的傳輸速率下降，導致低溫倍率性能變差，以上問題均嚴重限制了鈉離子電池的發(fā)展。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種鈉離子電池正極材料及其制備方法和用途，本發(fā)明提供的鈉離子電池正極材料穩(wěn)定性高，材料表面殘堿低，容量高，具備優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種鈉離子電池正極材料的制備方法，其中，該方法包括：

3、s1、將鎳鐵錳前驅體、鈉源和摻雜劑混合，得到混合物料，然后進行第一燒結處理，得到第一粉體；

4、s2、將所述第一粉體、碳氮源和第一溶劑混合，進行第一熱處理，然后進行第二燒結處理，得到第二粉體；

5、s3、將所述第二粉體、包覆劑和第二溶劑混合，進行第二熱處理，然后進行第三燒結處理，得到鈉離子電池正極材料。

6、可選地，步驟s1中，所述鈉源中鈉元素與所述鎳鐵錳前驅體中（ni+fe+mn）的總摩爾比為（0.90~1.09）：1；

7、所述摻雜劑中摻雜元素的加入量為所述混合物料的0.4~1.2wt%。

8、可選地，步驟s2中，所述碳氮源與所述第一粉體的質量比為（0.001~0.02）：1；

9、所述第一溶劑的加入量與所述第一粉體的質量比為（4~8）：1。

10、可選地，步驟s3中，所述包覆劑中包覆元素的加入量為所述第二粉體的0.20~1.5wt%；

11、所述第二溶劑的加入量與所述第二粉體的質量比為（6~10）：1。

12、可選地，所述鈉源選自碳酸鈉、氫氧化鈉、碳酸氫鈉、草酸鈉、磷酸鈉、醋酸鈉和檸檬酸鈉中的一種或幾種；

13、所述碳氮源選自聚乙烯吡咯烷酮、酰胺類、聚苯胺、多巴胺和氨基酸中的一種或幾種；

14、所述摻雜劑選自包含摻雜元素的化合物；所述摻雜元素選自zr、ti、mo、y、ce、la、al、w、nb和mg中的一種或幾種；

15、所述包覆劑選自包含包覆元素的化合物；所述包覆元素選自si、al、ti、mg、ce、la、b、co和zr中的一種或幾種；

16、所述第一溶劑和所述第二溶劑分別選自無水乙醇和/或異丙醇。

17、可選地，步驟s1中，所述第一燒結處理的條件包括：在空氣或氧氣氣氛下，以2~6℃/min升溫至500~600℃，然后以1~4℃/min升溫至850~1100℃，燒結時間為6~16h；

18、所述第二燒結處理的條件包括：燒結溫度為700~850℃，燒結時間為2~8h；

19、所述第三燒結處理的條件包括：燒結溫度為300~700℃，燒結時間為4~10h；

20、所述第二燒結處理和所述第三燒結處理在惰性氣氛下進行，所述惰性氣氛選自氮氣、氬氣和氦氣中的一種或幾種；

21、所述第一熱處理在回流裝置中進行，所述第一熱處理的溫度為80~120℃，所述第一熱處理的時間為0.5~8h；

22、所述第二熱處理在回流裝置中進行，所述第二熱處理溫度為80~120℃，所述第二熱處理的時間為0.5~8h。

23、可選地，該方法還包括，在所述第一燒結處理完成后，冷卻至10~30℃后進行粉碎過篩，所述第一粉體的d50粒徑為5~10μm；

24、在所述第二燒結處理完成后，進行粉碎過篩，所述第二粉體的d50粒徑為6~9μm；

25、在所述第三燒結處理完成后，進行粉碎過篩，所述鈉離子電池正極材料的d50粒徑為6~9μm。

26、可選地，所述鎳鐵錳前驅體的化學式如式（i）所示：niafebmncm(1-a-b-c)(oh)2（i），其中，0.10≤a＜1.0，b＞0，c＞0，0≤1-a-b-c≤0.15；

27、m選自mg、co、zn、sr、al、cu、ti、y、la、ce、pr、nd、v和cr中的一種或幾種。

28、本發(fā)明第二方面提供采用本發(fā)明第一方面所述的方法制備的鈉離子電池正極材料，其中，所述鈉離子電池正極材料的化學式如式（ii）所示：naβnixfeymnzm(1-x-y-z)o2（ii），其中，0.90≤β≤1.09，0.10≤x＜1.0，y＞0，z＞0，0≤1-x-y-z≤0.15。

29、本發(fā)明第三方面提供本發(fā)明第二方面所述的鈉離子電池正極材料在鈉離子電池中的用途。

30、通過上述技術方案，本發(fā)明通過將鎳鐵錳前驅體、鈉源和摻雜劑混合，然后經(jīng)過高溫燒結處理，得到第一粉體，之后分別進行碳氮元素和包覆元素的包覆。本發(fā)明提供的方法中碳元素的包覆，可以在材料的表面形成一層均勻的導電網(wǎng)絡，使得材料的倍率性能得到提升，還可以在一定程度上抑制材料在充放電過程中的體積變化，提高材料的穩(wěn)定性，同時碳包覆層中含有的氮元素，可以穩(wěn)定材料中的不穩(wěn)定活性氧，降低不穩(wěn)定活性氧的數(shù)量，減少氧損失；同時，在材料表面進行包覆元素的包覆，一方面，包覆劑能夠抑制材料的不可逆相變，改善材料的表面性能，提升鈉離子的擴散速率，進一步提升材料的倍率性能，另一方面，包覆層減少了材料與電解液的接觸，有效減少副反應的發(fā)生，提高材料的穩(wěn)定性和循環(huán)性能，使得本發(fā)明制備的鈉離子電池正極材料在常溫或低溫條件下均具備優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能。

31、本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

技術特征：

1.一種鈉離子電池正極材料的制備方法，其中，該方法包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，步驟s1中，所述鈉源中鈉元素與所述鎳鐵錳前驅體中（ni+fe+mn）的總摩爾比為（0.90~1.09）：1；

3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，步驟s2中，所述碳氮源與所述第一粉體的質量比為（0.001~0.02）：1；

4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，步驟s3中，所述包覆劑中包覆元素的加入量為所述第二粉體的0.20~1.5wt%；

5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述鈉源選自碳酸鈉、氫氧化鈉、碳酸氫鈉、草酸鈉、磷酸鈉、醋酸鈉和檸檬酸鈉中的一種或幾種；

6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，步驟s1中，所述第一燒結處理的條件包括：在空氣或氧氣氣氛下，以2~6℃/min升溫至500~600℃，然后以1~4℃/min升溫至850~1100℃，燒結時間為6~16h；

7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，該方法還包括，在所述第一燒結處理完成后，冷卻至10~30℃后進行粉碎過篩，所述第一粉體的d50粒徑為5~10μm；

8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述鎳鐵錳前驅體的化學式如式（i）所示：niafebmncm(1-a-b-c)(oh)2（i），其中，0.10≤a＜1.0，b＞0，c＞0，0≤1-a-b-c≤0.15；

9.采用權利要求1~8中任意一項所述的方法制備的鈉離子電池正極材料，其中，所述鈉離子電池正極材料的化學式如式（ii）所示：naβnixfeymnzm(1-x-y-z)o2（ii），其中，0.90≤β≤1.09，0.10≤x＜1.0，y＞0，z＞0，0≤1-x-y-z≤0.15。

10.權利要求9所述的鈉離子電池正極材料在鈉離子電池中的用途。

技術總結
本公開涉及一種鈉離子電池正極材料的制備方法，其中，該方法包括：S1、將鎳鐵錳前驅體、鈉源和摻雜劑混合，得到混合物料，然后進行第一燒結處理，得到第一粉體；S2、將所述第一粉體、碳氮源和第一溶劑混合，進行第一熱處理，然后進行第二燒結處理，得到第二粉體；S3、將所述第二粉體、包覆劑和第二溶劑混合，進行第二熱處理，然后進行第三燒結處理，得到鈉離子電池正極材料。本發(fā)明提供的鈉離子電池正極材料穩(wěn)定性高，材料表面殘堿低，容量高，在常溫或低溫條件下均具備優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能。

技術研發(fā)人員：馬寶華,張偉,楊李娜,劉會,趙巖,王海峰,房祥翠,樸海蘭
受保護的技術使用者：山東友邦科思茂新材料有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9