【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠离子正极材料，具体涉及一种p2型钠离子正极材料及其制备方法。
技术介绍
1、钠是地球上第二丰富的元素，储量丰富且分布广泛，成本低廉。这使得钠离子电池在原材料成本上具有显著优势。除了原材料成本低廉外，钠离子电池的生产工艺也相对简单，制造成本更低。钠离子电池在倍率性能、低温性能和安全性能等方面优于锂离子电池，这些性能优势使得钠离子电池在特定应用场景下具有竞争力。
2、层状钠离子电池正极材料暴露在空气中表现出极强的吸湿性，吸湿性会引起材料的物理化学变化，如tmo2层之间的水插层、质子化相的形成以及碳酸根的插入等，这些会降低电池的性能，严重时会直接导致正极浆料成果冻状，无法拉浆涂布。充放电过程中，钠离子进入和脱离层状金属氧化物的层间空隙，导致层状结构的膨胀和收缩，这种结构变化容易引发层状金属氧化物的结构破坏和容量衰减，从而影响钠电池的循环寿命。钠离子正极材料根据na+占位的不同方式又分为四种，分别为p2、o2、p3和o3，其中p2和o3相研究最为广泛。p2型结构中过渡金属离子不会迁移至钠层且钠离子可在相邻三棱柱间发生迁移，迁移阻碍小于o3型结构材料，但是p2型材料在充电电压大于4.0v时存在相变和钠离子空位有序重排，影响材料的循环稳定性。
3、因此，如何制备一种空气稳定性高、容量好以及循环性能高的p2型钠离子电池正极材料是本专利技术的研究内容。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种p2型钠离子正极材料及其制备方法。
2、为达到上述
3、一种p2型钠离子正极材料，为单晶形貌的层状材料，其化学式为：nax(feamn1-aay)o2，其中0.66≤x≤0.92，0.3≤a≤0.6，0.01≤y≤0.1。
4、为达到上述目的，本专利技术于工艺层面采用的技术方案是：
5、一种p2型钠离子正极材料的制备方法，包括：
6、步骤一、向反应釜内加入纯水作为初始底液，加入量为反应釜体积的40～70％；
7、配置铁盐和锰盐的混合二元金属盐溶液，该混合二元金属盐溶液的总摩尔浓度为1～2mol/l；
8、配置沉淀剂；
9、步骤二、将所述混合二元金属盐溶液和所述沉淀剂按照1：0.8～1的流速体积比并流进入反应釜与所述初始底液进行反应，反应温度为40～65℃，控制整个反应体系的ph为7～8.5，全程通入惰性气体作为保护气，反应至粒度为2～8μm后停止反应，依次进行洗涤、正压过滤、干燥、筛分，得到碳酸系钠离子正极材料前驱体；
10、步骤三、将步骤二制备的前驱体以及钠盐、掺杂剂按照比例混合得到混合物，其中，所述钠盐和所述前驱体的混合摩尔比满足：na：(fe+mn)＝0.66～0.92：1，所述掺杂剂为前驱体和钠盐总量的1～10wt％；
11、将所述混合物置于管式炉中，在氧气气氛下进行阶段式烧结，以3～5℃/min速度升温，并在升温至800～1000℃时，保温10～20h；
12、然后，以2℃/min的速度降温，降温阶段时改通酸性气体，流量为50～200l/h；
13、步骤四、冷却后，进行粉碎、气流破碎、筛分，即得到一种p2型钠离子正极材料。
14、进一步的技术方案，在步骤一中，所述沉淀剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸二氢铵中的一种或多种，优选碳酸氢铵。
15、进一步的技术方案，在步骤二中，搅拌转速为300～650rpm/min，优选500～600rpm。
16、进一步的技术方案，在步骤二中，所述反应温度优选50～60℃。
17、进一步的技术方案，在步骤二中，反应至粒度为2.5～3.5μm后停止反应。
18、进一步的技术方案，在步骤三中，所述钠盐为氢氧化钠、碳酸钠、硫酸钠、柠檬酸钠、草酸钠、氯化钠、磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或多种，优选碳酸钠。
19、进一步的技术方案，在步骤三中，所述钠盐和所述前驱体的混合摩尔比满足：na：(fe+mn)＝0.73～0.82：1。
20、进一步的技术方案，在步骤三中，所述掺杂剂为cuo、moo2、zno、tio2、mgo中一种或多种，优选zno，添加量为4％。
21、进一步的技术方案，在步骤三中，氧气的流量为300～1500l/h，500～1000l/h。
22、进一步的技术方案，在步骤三中，阶段式烧结包括低温阶段和高温阶段，低温阶段温度为300～500℃，优选温度为450～550℃，保温时间为2～6h，优选3～5h；高温阶段为800～1000℃，优选温度为850～950℃，保温时间为10～20h，优选15～18h。
23、进一步的技术方案，在步骤三中，降温阶段通入的酸性气体为so2、co2、no2、hcl中一种，通入时间为1～10h。
24、关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
25、关于本文中所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案描述上额外的引导。
26、本专利技术的工作原理及优点如下：
27、本专利技术提供了钠离子正极材料制备方式，通过加入反应釜体积的40～70％的纯水作为初始底液，随后同时混入金属盐溶液、沉淀剂，反应至目标粒径后经过洗涤、过滤、干燥得到前驱体，再将前驱体与钠盐进行阶段式烧结，在降温阶段由氧气切换为酸性气体，冷却降温后，经破碎、筛分得到一种p2型钠离子正极材料。本专利技术的前驱体一次颗粒成块状，易烧成正极材料呈单晶形貌。
28、本专利技术的有益效果如下：
29、一、本专利技术采用共沉淀法制备前驱体，得到的前驱体材料形貌均一性好，且粒径小、径距窄。
30、小粒径颗粒在高温下极易熔融形成单晶颗粒，单晶颗粒不存在二次颗粒的晶界，具备较好的机械强度，在充放电过程中不易破裂，界面稳定，且一次颗粒大，比表大，减少活性材料与电解液的接触面，提高了材料的电化学性能。
31、二、本专利技术在烧结降温阶段由氧气改通微量酸性气体，有效缓解了材料残碱生成量，改善涂布均匀性，提高电池中活性物质利用率从而提升电池容量。
32、三、本专利技术加入少量掺杂剂zno可以抑制充放电过程中jahn-teller效应引起的相变，从而提高电池材料的循环稳定性。
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1.一种P2型钠离子正极材料，其特征在于：为单晶形貌的层状材料，其化学式为：Nax(FeaMn1-aAy)O2，其中0.66≤x≤0.92，0.3≤a≤0.6，0.01≤y≤0.1。
2.一种P2型钠离子正极材料的制备方法，其特征在于：用于制备权利要求1所述的P2型钠离子正极材料，所述制备方法包括：
3.根据权利要求2所述的一种P2型钠离子正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述沉淀剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸二氢铵中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的一种P2型钠离子正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤二中，搅拌转速为300~650rpm/min。
5.根据权利要求2所述的一种P2型钠离子正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述钠盐为氢氧化钠、碳酸钠、硫酸钠、柠檬酸钠、草酸钠、氯化钠、磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述的一种P2型钠离子正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述掺杂剂为CuO、MoO2、ZnO、TiO2、MgO中一种或多种。
8.根据权利要求2所述的一种P2型钠离子正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤三中，阶段式烧结包括低温阶段和高温阶段，低温阶段温度为300~500℃，保温时间为2~6h；高温阶段为800~1000℃，保温时间为10~20h。
9.根据权利要求2所述的一种P2型钠离子正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤三中，降温阶段通入的酸性气体为SO2、CO2、NO2、HCl中一种，通入时间为1~10h。
...【技术特征摘要】
1.一种p2型钠离子正极材料，其特征在于：为单晶形貌的层状材料，其化学式为：nax(feamn1-aay)o2，其中0.66≤x≤0.92，0.3≤a≤0.6，0.01≤y≤0.1。
2.一种p2型钠离子正极材料的制备方法，其特征在于：用于制备权利要求1所述的p2型钠离子正极材料，所述制备方法包括：
3.根据权利要求2所述的一种p2型钠离子正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述沉淀剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸二氢铵中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的一种p2型钠离子正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤二中，搅拌转速为300~650rpm/min。
5.根据权利要求2所述的一种p2型钠离子正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述钠盐为氢氧化钠、碳酸钠、硫酸钠、柠檬酸钠、草...
【专利技术属性】
技术研发人员：张铭洁，朱用，成鑫丽，
申请(专利权)人：南通金通储能动力新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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