[发明专利]钠离子电池正极材料及其制备方法、应用和钠离子电池

说明书

本发明涉及钠离子电池正极材料领域，公开了钠离子电池正极材料及其制备方法、应用和钠离子电池。该正极材料含有正极材料A和正极材料B；所述正极材料A为单晶颗粒，所述正极材料B为团聚体；且，正极材料A和正极材料B各自独立地在2θ为14°‑18°处具有(002)晶面和/或(003)晶面的特征衍射峰，且(002)晶面特征衍射峰的2θ角小于(003)晶面特征衍射峰的2θ角；正极材料A至少具有(002)晶面的特征衍射峰，正极材料B至少具有(003)晶面的特征衍射峰。该正极材料在高电压下的结构稳定，并且循环性能好。

技术领域

本发明涉及钠离子电池正极材料技术领域，具体涉及钠离子电池正极材料及其制备方法、应用和钠离子电池。

背景技术

近年来，钠离子电池作为锂离子电池的互补技术受到了广泛的关注，由于钠资源储量丰富且价格低廉，在当前锂和钴资源价格快速增长的背景下，能够大幅降低电池制造成本，并有望在低速电动车和储能领域大规模应用。

在钠离子电池体系中，目前最关键的材料之一就是正极材料。正极材料包括层状氧化物型正极材料、普鲁士蓝型正极材料、聚阴离子型正极材料。其中，层状氧化物型NaMeO₂(Me＝Ni、Fe、Mn等)正极材料由于结构简单、各元素含量可调、易于大规模生产且电化学性能优异等优势，被公认为最有前途的钠离子电池正极材料。

层状氧化物根据钠占位方式和氧层的堆叠顺序不同主要分为P2型和O3型两种结构，其中，P2型层状氧化物表现出较好的倍率能力；而O3型层状氧化物表现出较高的理论容量。

然而，无论是P2型层状氧化物还是O3型层状氧化物都会在高电压下(＞4.2V，vsNa⁺/Na)发生复杂相变，导致结构破坏和容量快速衰减，从而极大地限制了层状氧化物材料的进一步发展。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的层状氧化物钠离子电池正极材料存在的上述问题，提供了钠离子电池正极材料及其制备方法、应用和钠离子电池。该钠离子电池正极材料为多相复合氧化物正极材料，通过复合相之间的协同作用，能够大幅提高正极材料的循环性能。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种钠离子电池正极材料，所述钠离子电池正极材料含有正极材料A和正极材料B；其中，所述正极材料A为单晶颗粒，所述正极材料B为团聚体；且，

所述正极材料A和所述正极材料B的XRD图谱中，各自独立地在2θ为14°-18°处具有(002)晶面和/或(003)晶面的特征衍射峰，且所述(002)晶面的特征衍射峰的2θ角小于所述(003)晶面的特征衍射峰的2θ角；

其中，所述正极材料A至少具有所述(002)晶面的特征衍射峰，所述正极材料B至少具有所述(003)晶面的特征衍射峰。

本发明第二方面提供一种第一方面所述的钠离子电池正极材料的制备方法，所述制备方法包括：将正极材料A和正极材料B进行混合；

优选地，制备所述正极材料A的方法包括：

(1)在溶剂的存在下，将镍源、铁源、锰源、沉淀剂和络合剂混合进行第一共沉淀反应，得到前驱体I；

(2)将所述前驱体I与钠源、含有M的掺杂剂和/或含有M′的掺杂剂混合进行第一烧结，得到所述正极材料A；

优选地，制备所述正极材料B的方法包括：

(a)在溶剂的存在下，将镍源、铁源、锰源、沉淀剂和络合剂混合进行第二共沉淀反应，得到前驱体II；

(b)将所述前驱体II与钠源、含有M的掺杂剂和/或含有M′的掺杂剂混合进行第二烧结，得到所述正极材料B。

本发明第三方面提供第一方面所述的钠离子电池正极材料，或者第二方面所述的制备方法在钠离子电池中的应用。