[发明专利]一种低残碱含量的钠离子正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供低残碱含量的钠离子正极材料及其制备方法，其结构为Nasubgt;x/subgt;Nisubgt;y/subgt;Fesubgt;z/subgt;Cusubgt;a/subgt;Mnsubgt;b/subgt;Msubgt;1‑y‑z‑a‑b/subgt;Osubgt;2/subgt;，其中0.70≤x≤1.20，0＜y≤0.6，0＜z≤0.4，0＜a≤0.1，0＜b≤0.4，且y+z+a+b≤1，M选自Mg、Ca、Sr、Zr、Ti、W、B中的一种或多种；所述钠电正极材料的XRD晶体结构中I(113)/I(018)的比值在0.7‑1.2之间，FWHM(113)/FWHM(018)比值在1.2‑1.8之间；I(006)/I(101)的比值在0.6‑1.3之间，FWHM(006)/FWHM(101)比值在1.0‑1.5。本发明制备的钠离子电池正极材料具有优异的空气稳定性、低残碱、稳定的加工性能和优异的电化学性能，可以在湿度10～30％范围内制备电芯。

技术领域

本发明属于钠电池技术领域，具体涉及一种低残碱含量的钠离子正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池能量密度高，广泛应用于新能源电动车、储能领域；然而锂资源有限且价格昂贵，导致锂离子电池难以满足日益增长的新能源电动车和储能的需求。由于钠资源丰富且钠资源成本远低于锂资源，且钠元素与锂元素具有接近的电化学性质，因此开发安全、高性能的钠离子电池是未来的发展方向

O3型的层状氧化物的钠离子正极材料具有高的放电比容量，然而层状氧化物的钠离子正极材料空气稳定性差，残碱高，制备电池时加工困难，极大的限制了钠离子电池的应用，因此提高钠离子正极材料的稳定性至关重要。

专利CN114725357A公开了一种降低钠离子正极材料的方法，它是通过酸性溶液与正极材料混合后来降低正极材料的残碱，但是通过酸性溶液洗涤正极材料会导致正极材料表面坏，过渡金属溶出，正极材料结构遭到破坏，在循环过程中，性能衰减过快。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种低残碱含量的钠离子正极材料及其制备方法，通过研究发现，当控制钠离子正极材料XRD晶体结构中的特定位置的比值的规定的范围内可以有利于钠离子的脱出，有效的抑制不可逆相变的发生，提高材料的结构稳定性。本发明提供的制备方法采用2种不同粒径的前驱体单独烧结、混合，通过控制烧结、包覆等条件可获得优异的晶体结构；采用该制备方法得到的钠离子电池具有本发明的特定XRD晶体结构，提高了钠离子正极材料的表面稳定性，阻止了与电解液的副反应和金属离子的溶出，制备的钠离子正极材料残碱含量更低。

为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种低残碱含量的钠离子正极材料，其结构为Na_xNi_yFe_zCu_aMn_bM_1-y-z-a-bO₂，其中0.70≤x≤1.20，0＜y≤0.6，0＜z≤0.4，0＜a≤0.1，0＜b≤0.4，且y+z+a+b＜1，M选自Mg、Ca、Sr、Zr、Ti、W、B中的一种或多种。

优选的，所述正极材料包覆有铝；

优选的，所述正极材料还包覆有磷酸盐。

所述钠电正极材料的XRD晶体结构中I(113)/I(018)的比值在0.7-1.2之间，FWHM(113)/FWHM(018)比值在1.2-1.8之间；I(006)/I(101)的比值在0.6-1.3之间，FWHM(006)/FWHM(101)比值在1.0-1.5；38°-39°之间杂峰的峰强总和与I(012)的比值小于0.2；在40-45°之间无NiO的杂峰。