本發(fā)明涉及鈉離子電池正極材料，具體而言，涉及鈉離子電池正極材料、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著全球高科技的進步和生活方式的現(xiàn)代化，移動設(shè)備和電網(wǎng)對儲能的需求越來越大。在此背景下，鋰離子電池在動力和儲能領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，目前占全球可充電電池市場的60％以上，但是由于鋰礦資源稀缺、分布不均、成本高以及電動汽車領(lǐng)域?qū)︿囯x子電池的需求不斷增加，限制了其在大規(guī)模儲能等系統(tǒng)中的應(yīng)用。與鋰離子具有相似電化學(xué)性質(zhì)的鈉離子電池原材料分布廣泛、儲量豐富，價格適中，在近些年來越來越受到重視。

2、二次電池中，正極材料的性能直接關(guān)系到電池的整體性能，其中層狀氧化物正極材料因理論比容量大、工作電壓高，且易于大規(guī)模生產(chǎn)和制備，展現(xiàn)出了巨大的商業(yè)潛力，獲得了廣泛的關(guān)注。根據(jù)過渡金屬和鈉離子的堆疊順序不同，層狀氧化物正極材料通?？梢苑譃榈湫偷膒2結(jié)構(gòu)和o3結(jié)構(gòu)。p2型正極材料具有良好的空氣穩(wěn)定性和循環(huán)性能，但由于鈉含量不足，容量較低；o3型正極材料鈉含量高，但極易與空氣中的h2o和co2發(fā)生反應(yīng)，在表面形成雜質(zhì)，導(dǎo)致電化學(xué)性能下降。另外，層狀氧化物在高電壓下充放電過程時，na+脫嵌過程中na+/空位排序和層間滑移會導(dǎo)致復(fù)雜的相變，頻繁的相變會引起復(fù)雜的電化學(xué)行為、不可逆的結(jié)構(gòu)畸變以及巨大的體積變化，大大降低電池的循環(huán)性能。

3、鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供鈉離子電池正極材料、制備方法及應(yīng)用，兼顧容量和循環(huán)性能。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種鈉離子電池正極材料，所述鈉離子電池正極材料的為摻雜鋰的層狀氧化物；

4、所述鈉離子電池正極材料為多相結(jié)構(gòu)，所述多相結(jié)構(gòu)包括li2mno3相和o3相，其中，所述li2mno3相的相占比μli2mno3滿足1wt％≦μli2mno3≦10wt％。

5、在可選的實施方式中，所述鈉離子電池正極材料的xrd圖譜包括衍射角2θ在19°-21°、19°-23°和43°-46°處的衍射峰；

6、和/或，所述鈉離子電池正極材料的xrd圖譜包括衍射角2θ在15°-18°和16°-18°處的衍射峰。

7、在可選的實施方式中，所述鈉離子電池正極材料的多相結(jié)構(gòu)還包括p2相。

8、在可選的實施方式中，所述鈉離子電池正極材料的p2相與所述o3相的相占比μp2:μo3滿足0＜μp2:μo3≦3.6；

9、可選地，所述鈉離子電池正極材料的p2相與所述o3相的相占比μp2:μo3滿足0＜μp2:μo3≦1。

10、在可選的實施方式中，所述鈉離子電池正極材料的xrd圖譜包括衍射角2θ在14°-17°處的衍射峰。

11、在可選的實施方式中，所述鈉離子電池正極材料滿足以下條件中的至少一項：

12、a.所述鈉離子電池正極材料的化學(xué)式為naalibm1-bo2，其中0.6<a<1，0＜b＜0.5，m選自ni、mn、ca、mg、k、w、zr、cr、mo、nb、sb、ta、ho、bi、cu、sn、zn、ce、la、y、ti、co、al、fe或sr中的至少一種；

13、b.所述鈉離子電池正極材料的化學(xué)式為naa(nixmnylizm’1-x-y-z)o2；其中，0.6＜a＜1，0≤x＜0.5，0≤y＜0.8，0＜z＜0.5，且a的值滿足化合價平衡，x和y不同時為0；所述m’選自ca、mg、k、w、zr、cr、mo、nb、sb、ta、ho、bi、cu、sn、zn、ce、la、y、ti、co、al、fe、sr中的至少一種；

14、c.所述li2mno3相的相占比μli2mno3滿足2wt％≦μli2mno3≦8wt％。

15、第二方面，本發(fā)明提供一種前述實施方式任意一項所述的鈉離子電池正極材料的制備方法，包括：

16、將包括鈉源、鋰源和金屬源的混合物在含氧氣氛中煅燒后依次進行冷卻、破碎和過篩得到所述鈉離子電池正極材料。

17、在可選的實施方式中，鈉離子電池正極材料的制備方法滿足以下條件中的至少一個：

18、a.煅燒包括先以1℃/min-5℃/min的升溫速率升溫到第一溫度，在第一溫度下保溫0.5h-10h；再以1℃/min-5℃/min升溫到第二溫度，在第二溫度下保溫0.5h-10h；再升溫至650℃-1000℃進行煅燒，煅燒時間為10h-15h；可選地，第一溫度為100℃-600℃，第二溫度高于第一溫度；

19、b.鋰源中鋰的摩爾量為所述鈉離子電池正極材料的10％以上；可選地，所述鋰源中鋰的摩爾量為所述鈉離子電池正極材料的10％～50％。

20、c.金屬源包括ni、mn元素；可選地，金屬源還包括m’元素，m’選自ca、mg、k、w、zr、cr、mo、nb、sb、ta、ho、bi、cu、sn、zn、ce、la、y、ti、co、al、fe、sr中的至少一種。

21、第三方面，本發(fā)明提供一種鈉離子電池，包括前述實施方式所述的鈉離子電池正極材料。

22、第四方面，本發(fā)明提供一種涉電設(shè)備，包括前述實施方式所述的鈉離子電池。

23、本發(fā)明至少具有以下有益效果：

24、本發(fā)明實施方式提供的鈉離子電池正極材料為包括li2mno3相與o3相的多相正極材料，且li2mno3相的相占比μli2mno3滿足1wt％≦μli2mno3≦10wt％，li2mno3相屬于超晶格結(jié)構(gòu)，由于超晶格結(jié)構(gòu)來源于進入堿金屬層中的鋰離子在層狀結(jié)構(gòu)中的有序排列，抑制了層狀結(jié)構(gòu)的溶解和晶格失配，提高了鈉離子電池正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提升電池在高電壓下的容量保持率；此外，li2mno3相的占比較低時，電池的循環(huán)保持率提升不明顯，占比較高時有容量損失，因此當li2mno3相的占比在合適范圍內(nèi)時，鈉離子電池的綜合電化學(xué)性能最好。

25、本發(fā)明實施方式提供的鈉離子電池正極材料的制備方法，采用高溫固相法，有利于通過改變摻雜金屬比例、鈉比和鋰摻雜量等條件，實現(xiàn)了層狀p2、o3、li2mno3相比例的合成調(diào)控。

技術(shù)特征：

1.一種鈉離子電池正極材料，其特征在于，所述鈉離子電池正極材料為摻雜鋰的層狀氧化物；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子電池正極材料，其特征在于，所述鈉離子電池正極材料的xrd圖譜包括衍射角2θ在19°-21°、19°-23°和43°-46°處的衍射峰；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子電池正極材料，其特征在于，所述鈉離子電池正極材料的多相結(jié)構(gòu)還包括p2相。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈉離子電池正極材料，其特征在于，所述鈉離子電池正極材料的p2相與所述o3相的相占比μp2:μo3滿足0＜μp2:μo3≦3.6；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子電池正極材料，其特征在于，所述鈉離子電池正極材料的xrd圖譜包括衍射角2θ在14°-17°處的衍射峰。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子電池正極材料，其特征在于，所述鈉離子電池正極材料滿足以下條件中的至少一項：

7.一種權(quán)利要求1-6任意一項所述鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，所述鈉離子電池正極材料的制備方法滿足以下條件中的至少一個：

9.一種鈉離子電池，其特征在于，包括權(quán)利要求1-6任意一項所述的鈉離子電池正極材料。

10.一種涉電設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的鈉離子電池。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了鈉離子電池正極材料、制備方法及應(yīng)用，鈉離子電池正極材料，所述鈉離子電池正極材料為摻雜鋰的層狀氧化物，所述鈉離子電池正極材料為多相結(jié)構(gòu)，所述多相結(jié)構(gòu)包括Li<subgt;2</subgt;MnO<subgt;3</subgt;相和O3相，其中，所述Li<subgt;2</subgt;MnO<subgt;3</subgt;相的相占比μ<subgt;Li2MnO3</subgt;滿足1wt％≦μ<subgt;Li2MnO3</subgt;≦10wt％。本發(fā)明中，通過向正極材料中摻雜Li，實現(xiàn)O3相與Li<subgt;2</subgt;MnO<subgt;3</subgt;相混合相正極材料，以耦合不同相結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，為高容量電池的電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提供了保障。

技術(shù)研發(fā)人員：楊添惠,艾延齡,訚碩,李曉軒,毛學(xué)良
受保護的技術(shù)使用者：中偉新材料股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9