钠离子正极材料及其制备方法和二次电池与流程

本申请涉及二次电池，特别涉及一种钠离子正极材料及其制备方法和二次电池。

背景技术：

1、电动汽车的推广使锂离子电池的市场迅速铺展，但锂资源价格昂贵且分布极不均匀，大部分的锂矿分布在南美国家，我国锂资源80%以上靠进口。钠与锂位于同一主族，具备与锂相似的物理化学性质，而且钠离子电池具有储量丰富、分布广泛、成本低廉等优势，在动力和储能领域有着广阔的应用前景。

2、钠离子电池的正极材料是决定电池性能的关键因素，其种类丰富，有应用前景的主要有氧化物，普鲁士蓝类似物，聚阴离子三类。其中，o3型氧化物以其高能量密度、较好的倍率和循环性能等优势，其商业化进展最快。然而，o3型氧化物存在表面残碱高、循环稳定性差、离子迁移速率低和界面反应的问题。

技术实现思路

1、基于此，本申请第一方面提供一种钠离子正极材料，其技术方案如下：

2、一种钠离子正极材料，包括：

3、基体材料，通式为naa1nibfecmndmenfo2-gpg；

4、第一包覆层，包覆所述基体材料，通式为naa2nibfecmndmenfo2-gpg；

5、第二包覆层，包覆所述第一包覆层，通式为naa3cuifejmnko2；

6、其中，m为3d过渡金属元素，n为非3d过渡金属元素，p为vii主族元素，0.8≤a1≤1.2，0.8≤a2≤1.2，a1＞a2，0.1≤b≤0.6，0.1≤c≤0.4，0.1≤d≤0.5，0.01≤e≤0.2，0.001≤f≤0.05，0.01≤g≤0.1，0.44≤a3≤1.0，0.05≤i≤0.3，0.1≤j≤0.5，0.1≤k≤0.6。

7、本申请第二方面提供一种钠离子正极材料的制备方法，其技术方案如下：

8、一种钠离子正极材料的制备方法，包括以下步骤：

9、混合原料基材、弱酸性物质和溶剂，得到预混物，所述原料基材的通式为naanibfecmndmenfo2-gpg，其中，m为3d过渡金属元素，n为非3d过渡金属元素，p为vii主族元素，0.8≤a≤1.2，0.1≤b≤0.6，0.1≤c≤0.4，0.1≤d≤0.5，0.01≤e≤0.2，0.001≤f≤0.05，0.01≤g≤0.1；

10、按照cuifejmnko2的比例准备铜源、铁源和锰源，混合所述预混物、铜源、铁源和锰源，去除所述溶剂，得到复合粉体，其中，0.05≤i≤0.3，0.1≤j≤0.5，0.1≤k≤0.6；

11、热处理所述复合粉体，制备包括基体材料、第一包覆层和第二包覆层的钠离子正极材料，其中，第一包覆层包覆所述基体材料，第二包覆层包覆所述第一包覆层，控制所述弱酸性物质的加入量，使所述基体材料的通式为naa1nibfecmndmenfo2-gpg，第一包覆层的通式为naa2nibfecmndmenfo2-gpg，第二包覆层的通式为naa3cuifejmnko2，0.8≤a1≤1.2，0.8≤a2≤1.2，0.44≤a3≤1.0，a1＞a2。

12、本申请第三方面提供一种二次电池，其技术方案如下：

13、一种二次电池，包括如上所述的钠离子正极材料。

14、与传统方案相比，本申请具有以下有益效果：

15、本申请的基体材料为o3型氧化物，利用第一包覆层和第二包覆层对其进行包覆改性，钠离子正极材料呈“三明治结构”。经过包覆改性，能有效降低表面残碱、提升离子迁移速率、降低界面副反应并提升循环稳定性。具体地，通式为naa1nibfecmndmenfo2-gpg的基体材料可以提供较高的比容量，通式为naa2nibfecmndmenfo2-gpg的第一包覆层为缺钠层，具有更高的钠离子迁移速率，有利于提升倍率和循环稳定性。通式为naa3cuifejmnko2的第二包覆层自身具有良好的稳定性，作为包覆层能有效抑制材料晶格氧逸出、抑制界面副反应和过渡金属的溶出，从而改善材料循环稳定性。

技术特征：

1.一种钠离子正极材料，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的钠离子正极材料，其特征在于，m包括ti、v、cr、co、cu和zn中的至少一种；n元素包括ca、mg、al、li、b、k、y、zr、nb、mo、cd、ta、w、sn和te中的至少一种；p元素包括f、cl、br和i中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的钠离子正极材料，其特征在于，所述第一包覆层的厚度为5nm~100nm。

4.根据权利要求1所述的钠离子正极材料，其特征在于，所述第二包覆层的厚度为5nm~100nm，所述第二包覆层在所述钠离子正极材料中的质量比为0.1%~5%。

5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的钠离子正极材料，其特征在于，所述钠离子正极材料的晶体结构满足以下条件中的至少一条：

6.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的钠离子正极材料，其特征在于，所述钠离子正极材料满足以下特征中的至少一项：

7.一种钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，所述弱酸性物质选自乙酸、柠檬酸、马来酸、酒石酸、维生素c、苯甲酸、水杨酸和苯磺酸中的一种或多种。

9.根据权利要求7所述的钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自乙醇、乙二醇、乙醚、甲醇、丙醇和丙三醇中的一种或多种。

10.根据权利要求7至权利要求9中任一项所述的钠离子正极材料的制备方法，其特征在于，所述热处理的程序包括：以1℃/min~5℃/min的升温速率从15℃~35℃升温至450℃~900℃，保温1h~15h。

11.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求1至权利要求6中任一项所述的钠离子正极材料。

技术总结本申请涉及二次电池技术领域，特别涉及一种钠离子正极材料及其制备方法和二次电池。所述钠离子正极材料包括基体材料、第一包覆层和第二包覆层，基体材料的通式为Na<subgt;a1</subgt;Ni<subgt;b</subgt;Fe<subgt;c</subgt;Mn<subgt;d</subgt;M<subgt;e</subgt;N<subgt;f</subgt;O<subgt;2‑</subgt;<subgt;g</subgt;P<subgt;g</subgt;，第一包覆层包覆基体材料，通式为Na<subgt;a2</subgt;Ni<subgt;b</subgt;Fe<subgt;c</subgt;Mn<subgt;d</subgt;M<subgt;e</subgt;N<subgt;f</subgt;O<subgt;2‑g</subgt;P<subgt;g</subgt;，第二包覆层包覆第一包覆层，通式为Na<subgt;a3</subgt;Cu<subgt;i</subgt;Fe<subgt;j</subgt;Mn<subgt;k</subgt;O<subgt;2</subgt;。本申请的钠离子正极材料经过包覆改性，能有效降低表面残碱、提升离子迁移速率、降低界面副反应并提升循环稳定性。技术研发人员：邓城,马树灯,袁旭婷,王尊志,刘瑞,陈明峰受保护的技术使用者：宁波容百新能源科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5