【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電池材料，具體涉及一種正極材料及其制備方法與鈉電池應用。
技術介紹
1、作為一種儲能裝置，鈉離子電池因其低成本、高效率、長壽命和高安全性等優勢備受關注，正極材料在很大程度上決定了電池的整體性能和成本，是阻礙鈉離子電池實現商業化應用的主要因素之一。開發低成本、長壽命和高性能的正極材料對鈉離子電池的實際應用具有重要意義。鈉離子電池常見的正極材料主要包括聚陰離子化合物、普魯士藍類似物和過渡金屬氧化物。前兩類材料由于主體結構中穩定的三維骨架和開放的三維通道，表現出良好的倍率性能和循環穩定性，但仍存在導電性差、結晶水難去除和過渡金屬離子溶解等問題。層狀過渡金屬氧化物由于其高比容量、高能量密度和簡單的合成工藝等優勢而成為鈉離子電池商業應用優選的正極材料。然而目前常規層狀過渡金屬氧化物正極材料的循環穩定性較差，一定程度上限制了鈉離子電池的應用。
技術實現思路
1、本專利技術旨在至少解決上述現有技術中存在的技術問題之一。為此，本專利技術提出一種正極材料，將其用于鈉離子電池中，電池的循環穩定性好。
2、本專利技術還提出一種正極材料的制備方法。
3、本專利技術還提出一種正極。
4、本專利技術還提出一種鈉電池。
5、本專利技術還提出一種用電設備。
6、本專利技術的第一方面，提出了一種正極材料，包括層狀氧化物內核和包覆于所述內核表面的外殼，所述內核包括naαfexmnymzo2，所述外殼包括隧道型的naβmno2，其中：m包括li、
7、根據本專利技術實施例的正極材料，至少具有以下有益效果：
8、本專利技術中層狀結構內核外包覆隧道型結構的naβmno2，外層的naβmno2由于其具有隧道結構，將其用于鈉電池(如鈉離子電池)中，允許了na+以跳躍的方式遷移，以及在充放電過程中高度可逆的相變，從而有良好的循環穩定性和倍率性能。同時隧道型和層狀兩種不同結構可以在界面處產生界面互鎖效應，有效改善正極的結構穩定性。
9、其中，外殼具有隧道結構且含有na+，可以加快鈉離子的擴散速率，其本身可作為正極材料，在一定程度上可以補充鈉源，為電極材料提供額外的容量，有效防止包覆引起的容量損失。且naβmno2因其良好的對水穩定性，用作包覆內核的外殼可以提高內核的空氣穩定性，同時在正極材料表面構建較穩定的界面層，防止電極材料和電解液的直接接觸，抑制它們之間的副反應；naβmno2可以進一步緩解層狀金屬氧化物由于重復嵌鈉/脫鈉積累的結構應力。
10、因此，本專利技術中的正極材料，通過層狀結構內核外包覆隧道型結構的naβmno2，將其用于鈉電池(如鈉離子電池)中，不僅可以有效提高層狀內核空氣穩定性，而且可以有效抑制內部的結構變化，改善反應動力學，還能在表面構建穩定的保護界面，提高其循環壽命，電池的循環穩定性好。
11、在本專利技術的一些實施方式中，0.70≤α≤1。
12、在本專利技術的一些實施方式中，0.03≤x≤0.80，如可選為0.05≤x≤0.60。
13、在本專利技術的一些實施方式中，0.10≤x≤0.40。
14、在本專利技術的一些實施方式中，0.03≤y≤0.80，如可選為0.1≤y≤0.6。
15、在本專利技術的一些實施方式中，0.2≤y≤0.5。
16、在本專利技術的一些實施方式中，0.06≤z≤0.85，如可選為0.2≤z≤0.7。
17、在本專利技術的一些實施方式中，0.2≤z≤0.5。
18、在本專利技術的一些實施方式中，所述m包括ni，還包括li、cu、mg、zn、al或ti中的至少一種。
19、在本專利技術的一些實施方式中，所述內核包括naαfexmnynizo2或naαfexmnyniz1m’z2o2中的至少一種，其中，m’選自li、cu、mg、zn、al或ti中的至少一種，x+y+z1+z2＝1。所述內核為層狀過渡金屬氧化物。
20、在本專利技術的一些實施方式中，0.03≤z1≤0.40，如可選為0.1≤z1≤0.3。
21、在本專利技術的一些實施方式中，0.03≤z2≤0.45，如可選為0.1≤z2≤0.3。
22、在本專利技術的一些實施方式中，所述內核包括nafe0.2～0.5mn0.2～0.5ni0.2～0.5o2或na0.70～1fe0.1～0.3mn0.2～0.5ni0.1～0.3m’0.03～0.45o2中的至少一種。可選地，所述內核包括nafe0.2～0.4mn0.2～0.4ni0.2～0.4o2或na0.70～1fe0.1～0.3mn0.2～0.5ni0.1～0.3m’0.03～0.45o2中的至少一種。
23、在本專利技術的一些實施方式中，所述內核包括na0.70li0.05～0.15fe0.1mn0.4ni0.2cu0.05～0.15ti0.05～0.15o2。
24、在本專利技術的一些實施方式中，0.30≤β≤0.66，如可選為0.30≤β≤0.44。
25、在本專利技術的一些實施方式中，所述外殼為隧道型的na0.44mno2。
26、在本專利技術的一些實施方式中，所述正極材料中，外殼的質量分數為0.5％～10％，如可選為1％～5％。
27、在本專利技術的一些實施方式中，所述正極材料的平均粒徑為0.5～5μm，如可選為1μm。
28、在本專利技術的一些實施方式中，所述外殼的平均厚度為1～25nm。
29、本專利技術的第二方面，提出了一種正極材料的制備方法，包括如下步驟：采用濕法球磨法或液相包覆法于內核表面制備外殼，得到所述正極材料。
30、在本專利技術的一些實施方式中，所述濕法球磨法制備外殼包括如下步驟：將內核與含鈉源一、錳源一的外殼制備原料混合，經濕法球磨，煅燒，于內核表面形成所述外殼。
31、在本專利技術的一些實施方式中，所述濕法球磨法制備外殼包括如下步驟：將內核、鈉源一、錳源一和液態分散劑混合，球磨，加熱除去所述分散劑，煅燒，于內核表面形成所述外殼。可選地，可根據目標外殼組成和其于正極材料的占比，按計量比取內核、鈉源一、錳源一。
32、在本專利技術的一些實施方式中，所述分散劑包括但不限于丙酮。
33、在本專利技術的一些實施方式中，所述鈉源一包括醋酸鈉、氫氧化鈉、氯化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、碳酸氫鈉或碳酸鈉中的至少一種。
34、在本專利技術的一些實施方式中，所述錳源一包括醋酸錳、氯化錳、硫酸錳、硝酸錳或碳酸錳中的至少一種。
35、在本專利技術的一些實施方式中，所述濕法球磨法的步驟中，所述球磨的轉速為100～700rpm，可選地，所述球磨的轉速為300～500rpm。
36、在本專利技術的一些實施方式中，所述濕法球磨法的步驟中，球磨的時間為1～15h，可選地，球磨時間可為4～12h。
37、在本專利技術的一些實本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種正極材料，其特征在于，包括層狀氧化物內核和包覆于所述內核表面的外殼，所述內核包括NaαFexMnyMzO2，所述外殼包括隧道型的NaβMnO2，其中：M包括Li、Ni、Cu、Mg、Zn、Al或Ti中的至少一種，0.66<α≤1，x+y+z＝1，0.30≤β≤0.66。
2.根據權利要求1所述的正極材料，其特征在于，0.03≤x≤0.80；或/和，0.03≤y≤0.80；或/和，0.06≤z≤0.85；或/和，所述外殼為隧道型的Na0.44MnO2；或/和，所述正極材料中，外殼的質量分數為0.5％～10％；或/和，所述M包括Ni，還包括Li、Cu、Mg、Zn、Al或Ti中的至少一種；或/和，所述正極材料的平均粒徑為0.5～5μm；或/和，所述外殼的平均厚度為1～25nm。
3.根據權利要求1所述的正極材料，其特征在于，所述內核包括NaαFexMnyNizO2或NaαFexMnyNiz1M’z2O2中的至少一種，其中，M’選自Li、Cu、Mg、Zn、Al或Ti中的至少一種，x+y+z1+z2＝1；
4.一種權利要求1所述的正極材料的制
5.根據權利要求4所述的正極材料的制備方法，其特征在于，所述濕法球磨法制備外殼包括如下步驟：將內核與含鈉源一、錳源一的外殼制備原料混合，經濕法球磨，煅燒，于內核表面形成所述外殼；
6.根據權利要求4所述的正極材料的制備方法，其特征在于，所述液相包覆法制備外殼包括如下步驟：將內核、溶劑以及含絡合劑、鈉源二、錳源二的外殼制備原料混合，除去所述溶劑，煅燒，于內核表面形成所述外殼；
7.根據權利要求4所述的正極材料的制備方法，其特征在于，所制備方法還包括制備內核，具體包括如下步驟：取鈉源三、鐵源、錳源三和M源，球磨，煅燒，得到所述內核；
8.一種正極，其特征在于，包括權利要求1～3任一項所述的正極材料或權利要求4～7任一項所述方法制得的正極材料。
9.一種鈉電池，其特征在于，包括權利要求1～3任一項所述的正極材料或權利要求4～7任一項所述方法制得的正極材料或權利要求8所述的正極；
10.一種用電設備，其特征在于，包括權利要求9所述的鈉電池，所述電池用作所述用電設備的電源。
...【技術特征摘要】
1.一種正極材料，其特征在于，包括層狀氧化物內核和包覆于所述內核表面的外殼，所述內核包括naαfexmnymzo2，所述外殼包括隧道型的naβmno2，其中：m包括li、ni、cu、mg、zn、al或ti中的至少一種，0.66<α≤1，x+y+z＝1，0.30≤β≤0.66。
2.根據權利要求1所述的正極材料，其特征在于，0.03≤x≤0.80；或/和，0.03≤y≤0.80；或/和，0.06≤z≤0.85；或/和，所述外殼為隧道型的na0.44mno2；或/和，所述正極材料中，外殼的質量分數為0.5％～10％；或/和，所述m包括ni，還包括li、cu、mg、zn、al或ti中的至少一種；或/和，所述正極材料的平均粒徑為0.5～5μm；或/和，所述外殼的平均厚度為1～25nm。
3.根據權利要求1所述的正極材料，其特征在于，所述內核包括naαfexmnynizo2或naαfexmnyniz1m’z2o2中的至少一種，其中，m’選自li、cu、mg、zn、al或ti中的至少一種，x+y+z1+z2＝1；
4.一種權利要求1所述的正極材料的制備方法，其特征在于，包括如下...
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭鑫，楊京濤，肖軍，成會明，
申請(專利權)人：中國科學院深圳先進技術研究院，
類型：發明
國別省市：
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