【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池，涉及一种正极材料及其制备方法和钠离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长等优势占据了便携式电子设备市场的主导地位，然而，锂是地壳中的稀缺元素，含量低价格高，与锂相比，钠具有相似的物理和化学性质，同时具有低成本，资源丰富等优势，因此钠离子电池在储能领域有广阔的应用前景，被认为是锂电池的理想替代品。
2、目前钠离子电池正极材料主要有过渡金属氧化物、聚阴离子类化合物、普鲁士蓝类化合物、有机材料等。过渡金属氧化物类包括层状结构氧化物和隧道结构氧化物，聚阴离子类包括磷酸盐、焦磷酸盐和硫酸盐等。研究发现，硫酸盐聚阴离子材料具有较强的电负性和氧化还原电势，是一种潜力较大的储钠材料。虽然硫酸盐聚阴离子材料的能量密度较低，但其原材料成本可控，按照当前市场价来计算，理想情况下na2fe2(so4)3的理论原材料成本仅需500.4元/吨(按照分子式进行理论计算，不计损耗，不包括加工费用等)，相对锂电正极材料和其他钠电正极材料理论原材料成本优势显著。
3、而在实际使用过程中，聚阴离子类硫酸盐正极材料还存在导电性差、吸水性强和稳定性较差的问题，这限制了它的合成、储存和应用。(1)聚阴离子材料具有开放的三维骨架，虽然倍率性能好，但导电性较低；(2)硫酸盐体系有较高的工作电压，用于钠离子电池正极可以得到高于3.2v的电位，但硫酸根容易吸水，导致一部分硫酸盐材料带有结晶水，在组装成电池后，这部分水会与电解液发生副反应，造成电池性能的恶化，即便是制备出来不含结晶水的硫酸盐材料，在空气下放置一
4、因此，如何提升聚阴离子类硫酸盐正极材料的导电性和稳定性，并且降低吸水性，是急需解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种正极材料及其制备方法和钠离子电池。本专利技术提供的正极材料，通过内核中的碳和包覆层中的疏水碳纤维相互配合，协同作用，提高了材料的导电性，降低了材料的疏水性，还增强了材料的稳定性，从而提升了聚阴离子类硫酸盐正极材料的容量、循环和倍率性能。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种正极材料，所述正极材料包括基体材料内核以及包覆于所述基体材料内核表面的疏水碳纤维包覆层；所述基体材料包括掺杂碳的聚阴离子类硫酸盐基体材料。
4、本专利技术提供的正极材料，内核中的碳掺杂与包覆层中的疏水碳纤维相互配合，协同作用；具有疏水功能的碳纤维作为包覆层比表面积高，暴露出了更丰富的活性位点，同时能够承受高的形变应力，缩短了离子迁移路径，加快反应动力学，离子和电子传输路径定向，有较强的抗形变能力，还从源头减少了材料的吸水风险，提升了材料的结构稳定性，且能促进颗粒间的电导率；内核体相中的碳与包覆层中的碳实现了由内到外的正极材料的电导率提升，材料的导电性得到了大大提升；而本专利技术中的聚阴离子类硫酸盐正极材料具有更小的晶粒，更大的活性比表面积和更短的离子/电子传输路径，材料的纳米结构与电解液更好的接触，加速钠离子的嵌入脱出效率，还起到了降低内阻的作用，从而提升了聚阴离子类硫酸盐正极材料的容量、循环和倍率性能。
5、以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
6、优选地，所述掺杂碳在所述基体材料中的质量占比为15％～20％，例如15％、16％、17％、18％、19％或20％等。
7、本专利技术提供的基体材料中，碳均匀分散，实现了聚阴离子类硫酸盐正极材料体相内导电性的提升；且进一步地调控碳在所述基体材料中的质量占比为15％～20％，更有利于提高材料的导电性。
8、优选地，所述聚阴离子类硫酸盐基体材料的化学通式包括naxmyaz(so4)3，其中1≤x≤2，1.5≤y≤2，1.6≤z≤2.8，m包括ni、co、mn、fe、cu或zn中的至少一种，a包括过渡金属元素中的至少一种。
9、需要说明的是，本专利技术提供的聚阴离子类硫酸盐基体材料的化学通式即为不含有碳掺杂的材料的化学通式；且a中的过渡金属元素的种类包括但不限于nb、ti、mg、al或zr中的至少一种等。
10、例如，所述x可以为1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2等，所述y可以为1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2等，所述z可以为1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7或2.8等。
11、优选地，所述naxmyaz(so4)3中，a包括nb和/或ti。
12、本专利技术中，在铁基聚阴离子硫酸盐体系的材料中，同步在体相中加入nb和ti，形成钛铌铁基聚阴离子硫酸盐体系，具有更为稳定的结构和更为快速的钠离子扩散通道，从而提升了正极材料的快充性能；且进一步地，ti和nb的摩尔比可以为(1～1.25):1，例如1:1、1.1:1、1.15:1、1.2:1或1.25:1等。
13、优选地，所述疏水碳纤维包覆层的厚度为0.1～0.3μm，例如0.1μm、0.2μm或0.3μm等。
14、本专利技术中，疏水碳纤维包覆层的厚度为0.1～0.3μm，既保证了包覆层的均匀包覆，又可以进一步地提升材料的导电性。
15、优选地，以所述基体材料内核的质量为100％计，所述疏水碳纤维包覆层的包覆量为3％～5％，例如3％、3.5％、4％、4.5％或5％等。
16、第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的聚阴离子类硫酸盐正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
17、将聚阴离子类硫酸盐前驱体材料和含碳化合物的纳米纤维材料混合包覆，烧结，得到所述正极材料；
18、其中，所述聚阴离子类硫酸盐前驱体材料的制备原料包括钠源、主金属元素源和第一碳源。
19、本专利技术提供的制备方法，将聚阴离子类硫酸盐前驱体材料和含碳化合物的纳米纤维材料混合包覆，且含碳化合物的纳米纤维材料具有疏水性质，经过烧结处理，得到了包覆层紧密且均匀包覆的聚阴离子类硫酸盐正极材料，且烧结过程中，含碳化合物的纳米纤维材料中的纳米纤维材料得到了疏水碳纳米纤维；制备方法操作简单，无需复杂的处理过程。
20、优选地，所述第一碳源与所述钠源的质量比为(1～5):100，例如1:100、2:100、3:100、4:100或5:100等。
21、优选地，所述聚阴离子类硫酸盐前驱体材料的制备方法包括：
22、将钠源、主金属元素源、第一碳源和第一溶剂进行第一混合，得到第一混合溶液，将第一混合溶液喷雾干燥本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括基体材料内核以及包覆于所述基体材料内核表面的疏水碳纤维包覆层；所述基体材料包括掺杂碳的聚阴离子类硫酸盐基体材料。
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述掺杂碳在所述基体材料中的质量占比为15％～20％；
3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述疏水碳纤维包覆层的厚度为0.1～0.3μm；
4.一种如权利要求1-3任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一碳源与所述钠源的质量比为(1～5):100；
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述含碳化合物的纳米纤维材料的制备方法包括：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第二碳源的与所述钠源的质量比为(5～10):100；
8.根据权利要求4-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烧结包括依次进行第一烧结和第二烧结；
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在
10.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池包括如权利要求1-3任一项所述的正极材料或如权利要求4-9任一项所述的制备方法制备得到的正极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括基体材料内核以及包覆于所述基体材料内核表面的疏水碳纤维包覆层；所述基体材料包括掺杂碳的聚阴离子类硫酸盐基体材料。
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述掺杂碳在所述基体材料中的质量占比为15％～20％；
3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述疏水碳纤维包覆层的厚度为0.1～0.3μm；
4.一种如权利要求1-3任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一碳源与所述钠源的质量比为(1～5...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩佳桐，江卫军，郑晓醒，郭丰，盛杰，张放南，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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