【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電池，涉及一種鈉離子電池正極材料及其制備方法與鈉離子電池。
技術介紹
1、近年來，隨著新能源汽車的發展，鋰離子電池的需求量急劇上升，市場需求也持續擴大。鋰離子電池的生產需要大量的鋰、鈷、鎳等原材料。隨著鋰離子電池需求的快速增長，原材料的供應面臨一定的壓力。并且，鋰資源儲量有限，使得鋰離子電池的成本較高。
2、鈉離子電池所需要的金屬資源分布廣泛且成本低，因此鈉離子電池最近幾年得到了大力發展，正極材料是鈉離子電池組成最主要的主材之一，目前鈉離子電池正極材料主要有層狀氧化物、聚陰離子和普魯士藍類正極材料，其中聚陰離子正極材料由于容量低造成電池的能量密度較低，但其循環性能較優，在儲能應用領域有很大的發展，普魯士藍類材料由于制備方法的問題，造成其內部的結晶水很難去除，電池的安全性能受到一定的限制，但層狀氧化物正極材料與鋰電三元正極材料的工藝及生產設備兼容性較高，被廣泛認為是最先實現規模化量產的鈉電正極材料。鈉電層狀氧化物正極材料具有倍率性能好、低溫性能好、容量相對較高、合成方便等特點，主要應用在儲能及小動力電池領域中，但鈉電層狀氧化物材料存在高容量及長循環性能很難兼顧的問題，且材料的殘堿含量較高，影響了鈉電層狀氧化物正極材料的電性能。
3、并且，層狀氧化物正極材料也有其本身的技術發展瓶頸，如其因為原材料使用的是碳酸鈉或者氫氧化鈉，鈉的活性比鋰的活性高，在制備過程中不可避免的造成正極材料殘堿高，在勻漿過程中很容易造成漿料果凍化，該現象成為了電池產氣的主要影響因素。第二個方面是層狀氧化物的空氣穩定性較差，
4、雖然現有技術中對層狀氧化物進行離子摻雜與惰性包覆，但是仍不能有效改善正極材料殘堿高，空氣穩定性差以及循環差的問題。
5、基于以上研究，需要提供一種鈉離子電池正極材料，所述鈉離子電池正極材料具備低殘堿量、空氣穩定性高以及循環性能優異的特點。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種鈉離子電池正極材料及其制備方法與鈉離子電池，所述鈉離子電池正極材料通過使(003)晶面和(104)晶面的峰強比與正極材料晶胞體積v滿足特定的關系，能夠很好的確保鈉離子正極產品材料的基本參數，降低混排現象以及改善層間距較小的問題，從而有效保證鈉離子電池正極材料發揮最優性能。
2、為達到此專利技術目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供了一種鈉離子電池正極材料，所述鈉離子電池正極材料包括過渡金屬位摻雜元素、鈉位摻雜元素以及包覆元素；
4、所述鈉離子電池正極材料的i(003)/i(104)與所述鈉離子電池正極材料的晶胞體積v滿足如下關系式：
5、14≤i(003)/i(104)×v1/2≤22。
6、本專利技術所述鈉離子電池正極材料的i(003)/i(104)與所述鈉離子電池正極材料的晶胞體積v滿足特定的關系式，是由于(003)晶面和(104)晶面的峰強比代表著陽離子混排的程度，峰強比越小，說明混排越大，在鈉離子電池正極材料中，鈉離子半徑為97pm，鐵離子半徑為64pm，鎳離子半徑為69pm，并且鎳離子和鐵離子的遷移能壘很低，所以在制備過程中很容易發生陽離子混排；而晶胞體積是材料的基本參數，通過晶胞體積可以大致得知晶格常數a、b和c的大小，也可以表明層間距的大小，當層間距較小時，鈉離子脫嵌比較困難，容量較低，層間距較大時，鈉離子遷移就會相對較容易，但也容易發生陽離子混排，因此，需要限定i(003)/i(104)與v滿足特點的關系。本專利技術所述鈉離子電池正極材料的i(003)/i(104)與所述鈉離子電池正極材料的晶胞體積v滿足特定的關系式能夠確保鈉離子電池正極材料的基本參數，保證鈉離子電池正極材料發揮最優性能，如果i(003)/i(104)×v1/2在所需范圍外，表明材料的陽離子混排比較嚴重，或者層間距小，而造成產品容量低以及循環差。本專利技術所述鈉離子電池正極材料在過渡金屬位置和鈉位置同時進行摻雜，非活性元素摻雜到過渡金屬層后，可以與過渡金屬形成特定的化學鍵，抑制晶格畸變和相變的發生。同時，鈉位置的摻雜可以調節鈉離子的脫嵌行為，減少鈉離子脫嵌過程中對結構的破壞，兩者協同作用能夠有效提高材料的結構穩定性，抑制有害相變，提高電池的循環性能。
7、本專利技術所述鈉離子電池正極材料還含有包覆層，包覆元素位于包覆層中，包覆層可以通過物理阻隔和化學穩定性來提升正極材料性能，還能在一定程度上影響鈉離子的擴散行為，通過優化包覆層的厚度和性質，可以提高鈉離子在材料表面的吸附和擴散效率。此外，包覆層可以在二次燒結過程中與一燒物料表面的殘堿（碳酸鈉、碳酸氫鈉和氫氧化鈉）進行反應，消耗正極材料表面的殘堿，達到降低殘堿的效果，提升材料在電池制作階段的漿料穩定性以及降低電池的產氣。
8、所述14≤i(003)/i(104)×v1/2≤22，例如可以是14、15、16、17、18、19、20、21或22，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。
9、本專利技術所述v的單位為?3，14≤i(003)/i(104)×v1/2≤22是指i(003)/i(104)×v1/2得到的數值滿足該關系式。
10、所述i(003)/i(104)≥1.2，例如可以是1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4或2.5，122?3≤v≤128?3，例如可以是122?3、123?3、124?3、125?3、126?3、127?3或128?3，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。
11、本專利技術i(003)/i(104)以及v優選在上述范圍內，能夠促使i(003)/i(104)×v1/2滿足特定的關系式，從而降低陽離子的混排，增大層間距。
12、優選地，所述內部高鎳的三元鎳鐵錳前驅體占整體所述前驅體材料的60-70wt%，例如可以是60%、65%或60%，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。
13、優選地，所述鈉離子電池正極材料與制備所述鈉離子電池正極材料的前驅體材料滿足如下關系式：
14、10≤d2/d1+b1×b2≤28，例如可以是10、12、14、16、18、20、22、24、26或28，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。
15、其中，d1為制備所述鈉離子電池正極材料的前驅體材料的粒徑d50，b1為制備所述鈉離子電池正極材料的前驅體材料的比表面積，d2為所述鈉離子電池正極材料的粒徑d50，b2為所述鈉離子電池正極材料的比表面積。
16、本專利技術所述前驅體材料的粒度和本文檔來自技高網...
【技術保護點】
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包括過渡金屬位摻雜元素、鈉位摻雜元素以及包覆元素；
2.根據權利要求1所述的鈉離子電池正極材料，其特征在于，所述I(003)/I(104)≥1.2，122?3≤V≤128?3。
3.根據權利要求1或2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與制備所述鈉離子電池正極材料的前驅體材料滿足如下關系式：
4.根據權利要求1或2所述的鈉離子電池正極材料，其特征在于，制備所述鈉離子電池正極材料的前驅體材料包括內部高鎳的三元鎳鐵錳前驅體，以及外部低鎳高銅的四元鎳鐵錳銅前驅體；
5.一種如權利要求1-4任一項所述鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）所述一燒物料在進行二次混合之前還進行了粉碎；
7.根據權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，制備步驟（1）所述前驅體材料的方法包括如下步驟：
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述第一
9.根據權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）所述包覆劑的添加量為所述一燒物料加入量的1000-10000ppm；
10.一種鈉離子電池，其特征在于，所述鈉離子電池包括如權利要求1-4任一項所述的鈉離子電池正極材料。
...【技術特征摘要】
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包括過渡金屬位摻雜元素、鈉位摻雜元素以及包覆元素；
2.根據權利要求1所述的鈉離子電池正極材料，其特征在于，所述i(003)/i(104)≥1.2，122?3≤v≤128?3。
3.根據權利要求1或2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與制備所述鈉離子電池正極材料的前驅體材料滿足如下關系式：
4.根據權利要求1或2所述的鈉離子電池正極材料，其特征在于，制備所述鈉離子電池正極材料的前驅體材料包括內部高鎳的三元鎳鐵錳前驅體，以及外部低鎳高銅的四元鎳鐵錳銅前驅體；
5.一種如權利要求1-4任一項所述鈉離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱武，李文強，李孝雨，侯智偉，陳思賢，孫志恩，韓靜，
申請(專利權)人：天津國安盟固利新材料科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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