【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠离子电池，尤其涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
1、近年来，伴随着锂离子电池的广泛应用，金属锂资源短缺、分布不均以及成本高等问题日益凸显。相较于锂而言，同一主族的钠则具有储量丰富、分布广泛、成本低廉等优点，因此钠离子电池被认为是下一代大规模储能器件。钠离子电池是利用钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电的电池。但是由于jahn-teller效应和na+的缓慢扩散，使钠离子电池正极材料结构容易发生不可逆的形变，影响钠离子电池的充放电性能和循环稳定性。
2、如申请公布号为cn 116979059 a的专利，公开了一种钠离子电池正极材料及其制备方法。该钠离子电池正极材料的通式为naδcuxmnynizfesmgaalbzrctido2；钠离子电池正极材料主要由含有前驱体材料、钠源和助熔剂的混合物料经烧结后得到；助熔剂与所述混合物料的质量之比为γ，所述γ与所述通式中的δ满足如下关系式：1≤(δ-1)/γ≤65。通过调控na配比和助熔剂质量占比的比值，可以提升正极材料的硬度与正极材料制备的正极极片压实密度，但是无法改善由于jahn-teller效应和na+的缓慢扩散而导致的钠离子电池的充放电性能和循环稳定性均不达预期的问题。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种钠离子电池正极材料及其制备方法，增强了正极材料的稳定性，提升了钠离子电池的容量及循环寿命，从而使该正极材料组装的电池具有优秀的电化学性能。
2、本专利技术解决上
3、一种钠离子电池正极材料，所述钠离子电池正极材料的化学组成通式为：naxvamnbfeccudmge(po4)3-al&f，其中x＞0，a、b、c、d、e均≥0，且a、b、c、d、e最多有三个同时为零。
4、化学组成通式naxvamnbfeccudmge(po4)3-al&f，表明在化合物naxvamnbfeccudmge(po4)3中掺杂铝阳离子和氟阴离子。
5、作为优选，所述通式naxvamnbfeccudmge(po4)3-al&f中，a、b、c、d、e取值不为零的任意两种元素之间的摩尔比为(0.1～1.2):(0.1～1.2)。
6、作为优选，所述通式naxvamnbfeccudmge(po4)3-al&f中，钒、锰、铁、铜、镁元素的摩尔量之和与钠元素的摩尔量的比为1﹕(1.5～3.01)。
7、本专利技术还提供了一种钠离子电池正极材料的制备方法。
8、一种钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
9、s1、将钒源化合物、锰源化合物、铁源化合物、铜源化合物、镁源化合物中的多种和钠源化合物溶解到水中，搅拌，得到混合溶液；
10、s2、向s1混合溶液中加入铝源化合物，搅拌，在150～220℃下进行水热反应18～56h；
11、s3、向s2溶液中加入磷源化合物，加热、搅拌得到绿色凝胶，干燥得到固体，将所述固体与氟源化合物混合研磨后煅烧，得到钠离子电池正极材料。
12、作为优选，所述氟源化合物中氟元素摩尔量为钒源化合物中钒元素、锰源化合物中锰元素、铁源化合物中铁元素、铜源化合物中铜元素、镁源化合物中镁元素摩尔质量之和的3～15％。
13、作为优选，所述铝源化合物中铝元素摩尔量为钒源化合物中钒元素、锰源化合物中锰元素、铁源化合物中铁元素、铜源化合物中铜元素、镁源化合物中镁元素摩尔质量之和的2.5～10％。
14、作为优选，所述钠源化合物选自氢氧化钠、草酸钠、碳酸氢钠、磷酸二氢钠、硝酸钠、醋酸钠和碳酸钠中一种或多种。
15、作为优选，所述钒源化合物选自氧化二钒、三氧化钒、偏钒酸钠、五氧化二钒、正钒酸钠和偏钒酸铵中的一种或多种；所述锰源化合物选自碳酸锰、二氧化锰、乙酸锰、硫酸锰中一种或多种；所述铁源化合物选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或多种；所述铜源化合物选自氧化铜、氧化亚铜中的一种或多种；所述镁源化合物选自氧化镁、氢氧化镁中的一种或多种。
16、作为优选，所述铝源化合物选自硝酸铝、氯化铝、三乙醇铝、异丙醇铝中的一种或多种；所述氟源化合物选自氟化钠、聚四氟乙烯、氟化铵和六氟磷酸铵中的一种或多种。
17、作为优选，所述磷源化合物选自磷酸二氢铵、磷酸氢二钾、二磷酸铵、磷酸二氢钾、焦磷酸钙、磷酸氢二铵、磷酸钙和磷酸氢钙中一种或多种。
18、作为优选，所述s1中溶解为通过水浴加热溶解；水浴加热温度为35～90℃。
19、作为优选，所述s1中水为去离子水。
20、作为优选，所述s1中水的加入量与钒源化合物、锰源化合物、铁源化合物、铜源化合物、镁源化合物中的多种以及钠源化合物加入量之和的摩尔比为1﹕(1.5～12)。
21、作为优选，所述s2中搅拌转速为150～850r/min，搅拌时间为0.5～3h。
22、作为优选，所述s3中干燥方式选自离心干燥、喷雾干燥、压滤干燥、蒸发干燥中的一种或多种。
23、作为优选，所述s3中干燥温度为20～80℃，干燥时间为12～48h。
24、作为优选，所述s3中混合研磨时间为0.5～3h。
25、作为优选，所述s3中煅烧温度为200～650℃，时间为1～5h，升温速率为1.5～5℃/min。
26、本专利技术在晶体结构中引入氟阴离子，电负性较强的的氟阴离子在钠离子电池正极材料中可以起到诱导na+快速扩散的作用，从而提升钠离子电池的容量。本专利技术还在晶体结构中引入铝阳离子，铝阳离子在晶体结构中位于八面体位置，是效果最好的掺杂离子，并且其具有较低的相对原子质量，可以在一定程度上起到补偿容量损失的作用，尤其是由于掺杂引起的容量损失。此外，铝形成的共价键有助于增强金属与氧的键合作用，进而阻碍由jahn-teller效应引起的晶格畸变，从而减小电池整体在充放电过程中的体积变化，在长时间的循环充放电过程中结构保持稳定。
27、本专利技术具有以下有益效果：
28、本专利技术通过在晶体结构中引入铝(铝阳离子)及氟(氟阴离子)的方式，改善了晶体的结构，增强了材料的稳定性，促进了钠离子扩散，提升了钠离子电池的容量及循环寿命，从而使该正极材料组装的电池具有优秀的电化学性能。
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1.一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述钠离子电池正极材料的化学组成通式为：NaxVaMnbFecCudMge(PO4)3-Al&F，其中x＞0，a、b、c、d、e均≥0，且a、b、c、d、e最多有三个同时为零。
2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述通式NaxVaMnbFecCudMge(PO4)3-Al&F中，a、b、c、d、e取值不为零的任意两种元素之间的摩尔比为(0.1～1.2):(0.1～1.2)。
3.根据权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述通式NaxVaMnbFecCudMge(PO4)3-Al&F中，钒、锰、铁、铜、镁元素的摩尔量之和与钠元素的摩尔量的比为1﹕(1.5～3.01)。
4.权利要求1～3中任一项所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述氟源化合物中氟元素摩尔量为钒源化合物中钒元素、锰源化合物中锰元素、铁源化合物中铁元素、铜源化合物中
6.根据权利要求4所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述铝源化合物中铝元素摩尔量为钒源化合物中钒元素、锰源化合物中锰元素、铁源化合物中铁元素、铜源化合物中铜元素、镁源化合物中镁元素摩尔质量之和的2.5～10％。
7.根据权利要求4所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述钠源化合物选自氢氧化钠、草酸钠、碳酸氢钠、磷酸二氢钠、硝酸钠、醋酸钠和碳酸钠中一种或多种。
8.根据权利要求4所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述钒源化合物选自氧化二钒、三氧化钒、偏钒酸钠、五氧化二钒、正钒酸钠和偏钒酸铵中的一种或多种；所述锰源化合物选自碳酸锰、二氧化锰、乙酸锰、硫酸锰中一种或多种；所述铁源化合物选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或多种；所述铜源化合物选自氧化铜、氧化亚铜中的一种或多种；所述镁源化合物选自氧化镁、氢氧化镁中的一种或多种。
9.根据权利要求4所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述铝源化合物选自硝酸铝、氯化铝、三乙醇铝、异丙醇铝中的一种或多种；所述氟源化合物选自氟化钠、聚四氟乙烯、氟化铵和六氟磷酸铵中的一种或多种。
10.根据权利要求4所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述磷源化合物选自磷酸二氢铵、磷酸氢二钾、二磷酸铵、磷酸二氢钾、焦磷酸钙、磷酸氢二铵、磷酸钙和磷酸氢钙中一种或多种。
...【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述钠离子电池正极材料的化学组成通式为：naxvamnbfeccudmge(po4)3-al&f，其中x＞0，a、b、c、d、e均≥0，且a、b、c、d、e最多有三个同时为零。
2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述通式naxvamnbfeccudmge(po4)3-al&f中，a、b、c、d、e取值不为零的任意两种元素之间的摩尔比为(0.1～1.2):(0.1～1.2)。
3.根据权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料，其特征在于，所述通式naxvamnbfeccudmge(po4)3-al&f中，钒、锰、铁、铜、镁元素的摩尔量之和与钠元素的摩尔量的比为1﹕(1.5～3.01)。
4.权利要求1～3中任一项所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述氟源化合物中氟元素摩尔量为钒源化合物中钒元素、锰源化合物中锰元素、铁源化合物中铁元素、铜源化合物中铜元素、镁源化合物中镁元素摩尔质量之和的3～15％。
6.根据权利要求4所述的一种钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述铝源化合物中...
【专利技术属性】
技术研发人员：方彬，代东举，郁亚强，周云龙，季杰，李小亮，
申请(专利权)人：天能新能源湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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