本發(fā)明涉及一種鈉離子電池正極材料及其制備方法和使用方法，屬于電化學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
目前的鋰離子二次電池具有能量密度高，循環(huán)壽命長、自放電小等優(yōu)點，已經(jīng)實現(xiàn)廣泛的商業(yè)化，廣泛用作各種便攜電子產(chǎn)品的工作電源（手機(jī)、掌上電腦等），并逐漸應(yīng)用為移動式裝備的動力電池（電動車、潛艇等）。但是，鋰是一種貴金屬，且含量稀少，成為未來大規(guī)模應(yīng)用的憂患。相比之下，與鋰同主族的鈉元素儲量十分豐富，地殼豐度約為2.64%，海水中也有大量的鈉。這在資源角度決定了用鈉替代鋰、開發(fā)鈉離子二次電池具有廣闊的前景。離子電池的電化學(xué)性能主要取決于電極材料和電解液的結(jié)構(gòu)和性能，尤其是正負(fù)極材料的選擇。其中，作為鈉離子電池關(guān)鍵部件之一的正極材料應(yīng)該滿足下列要求：①較高的氧化還原電位，且電位受材料嵌鈉量的影響較小；②具有較高的比容量；③有足夠的離子擴(kuò)散通道，確保鈉離子快速嵌入和脫出；④有較高的電化學(xué)反應(yīng)活性；⑤良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性；⑥應(yīng)具有制備工藝簡單、資源豐富以及環(huán)境友好等特點。迄今為止，關(guān)于鈉離子電池正極材料的報道主要有：層狀過渡金屬氧化物NaxMO2(M=Co、Mn、Ni,0<x≤1)，過渡金屬氟化物MFx和聚陰離子型化合物(NaMPO4，NaMPO4F)等。研究表明含鋰的層狀過渡金屬氧化物材料已經(jīng)作為商用正極材料得到了廣泛的應(yīng)用，充分證實了這種層狀結(jié)構(gòu)在應(yīng)用方面的廣闊前景，但是對于這種材料的合成方面，已有的文獻(xiàn)大多局限于固相法，得到的產(chǎn)品性能難以進(jìn)一步優(yōu)化。文獻(xiàn)Komaba,S.;Nakayama,T.;Ogata,A.;Shimizu,T.;Takei,C.;Takada,S.;Hokura,A.;Nakai,I.ECSTrans.2009,16(42),43?55提出利用鎳錳的氫氧化物與鈉鹽混合后直接高溫反應(yīng)，所得的產(chǎn)品NaNi0.5Mn0.5O2具有典型的O3型層狀結(jié)構(gòu)（即鈉的化學(xué)計量比為1），但是循環(huán)壽命較短，比容量衰減較嚴(yán)重。其主要原因在于用氫氧根沉淀鎳時，由于氫氧化鎳有較高的溶度積，原溶液中的鎳有一部分不能被沉淀下來，造成產(chǎn)品中鎳元素的化學(xué)計量比偏離設(shè)計值。中國專利CN201310518136.7提出可以利用鎳，錳的氫氧化沉淀前驅(qū)體與鈉鹽混合，在500到1000℃煅燒10-24h，得到一種化學(xué)組成為Na[NixNa1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2（其中x取值0.1到0.4之間）的材料。中國專利CN103261099A提出可以制備一種O3結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物，表示為NaxFeyMn1-yO2，其中x取值大于2/3但小于1，y取值大于0但小于2/3。中國專利CN103904317提出將含鈉化合物和含錳化合物按照Na：Mn的摩爾比大于1的比例混合，在600到1000℃煅燒6-20h，冷卻到室溫，并將燒結(jié)產(chǎn)物粉碎后反復(fù)洗滌，干燥后得到最終產(chǎn)物，產(chǎn)品中Na：Mn比例大于1但不大于2。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提供一種鈉離子電池正極材料及其制備方法，目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的前驅(qū)體成分控制重現(xiàn)性差，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和形貌不可控等問題。本發(fā)明還提供了該材料的使用方法。本發(fā)明提供了一種鈉離子電池正極材料，成分是層狀鎳錳酸鈉，化學(xué)通式為NaxNi0.5+yMn0.5-yO2，其中x取值在0.9~1.1之間，y取值在0~0.2之間。本發(fā)明提供了一種鈉離子電池正極材料的制備方法，是將可溶性錳鹽和鎳鹽的混合溶液通過草酸鹽沉淀出來，并在水和乙醇的混合溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，最后經(jīng)過熱處理即得到層狀鎳錳酸鈉產(chǎn)品。所述的鈉離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：（1）前驅(qū)體的制備：將可溶性鎳化合物、錳化合物按照NaxNi0.5+yMn0.5-yO2的化學(xué)計量比配制水溶液A，其中所述水溶液A中的金屬離子總濃度為0.01-5mol/L;將上述配制的水溶液A加熱到60-80℃，并采用堿性溶液B調(diào)節(jié)水溶液A的pH值為6-8；配制濃度為0.5-2mol/L的草酸銨溶液C，并在溶液C中額外加入相當(dāng)于草酸銨物質(zhì)的量的10%-20%的草酸；緩慢向處于加熱和攪拌狀態(tài)的水溶液A中滴加上述草酸銨溶液C，至出現(xiàn)渾濁時快速加入草酸銨溶液C，過濾得沉淀物D；（2）水熱處理：將沉淀D與可溶性鈉化合物轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)裝置中，水熱溶劑為乙醇與水的混合液，水熱溫度為140-200℃，水熱時間為16-36h；水熱反應(yīng)后得到固體粉末E；在步驟（1）、（2）中，所述原料的摩爾配比為：Na∶Ni∶Mn∶O=x∶（0.5+y）∶（0.5-y）∶2；（3）高溫反應(yīng)：將固體粉末E于750-900℃保持4-24h，隨爐冷卻至150℃得到鈉離子電池正極材料—層狀鎳錳酸鈉產(chǎn)品。上述制備方法中，所述鎳化合物為氯化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳或乙酸鎳中的一種或多種；所述錳化合物為氯化錳、硫酸錳、硝酸錳或乙酸錳中的一種或多種，所述鈉化合物為氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、草酸鈉、氟化鈉或硝酸鈉中的一種或多種。上述制備方法中，步驟（1）中，所述溶液B為氨水、尿素、乙酸或硝酸溶液中的一種或多種。上述制備方法中，步驟（2）中，乙醇與水的混合液中二者的質(zhì)量比為1:1。上述制備方法中，步驟（3）中，隨爐冷卻的冷卻速率控制在5℃/分~0.2℃/分之間；通過冷卻速率調(diào)控材料性能。本發(fā)明提供了上述鈉離子電池正極材料在鈉離子電池領(lǐng)域中的使用方法。包括以下步驟：將所制備的鈉離子電池正極材料與導(dǎo)電炭黑、聚偏氟乙烯按質(zhì)量比為8:1:1混合溶解在N-甲基吡咯烷酮...