【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池正极材料，涉及一种长循环钠离子电池正极材料的制备方法和应用。
技术介绍
1、钠离子电池(sodium-ion batteries，sibs)以其成本低廉及钠资源的全球丰富性，成为大规模储能领域中锂离子电池的有力竞争者。正极材料作为sibs的关键组成部分，其性能直接决定了电池的电化学特性。鉴于na+的尺寸比li+更大，理想的正极材料必须具备高效的na+扩散通道与优异的结构稳定性，以确保电池的高效率与长寿命。
2、层状含钠过渡金属氧化物(naxmeo2，其中me代表过渡金属)，因其低廉的制造成本和较高的理论比容量，被视为固态氧化物燃料电池及钠离子电池正极材料的有力候选。这类材料呈现出多样化的层状多晶型，其中o3-nafeo2因采用丰富的、无毒且成本低廉的铁源，而受到特别关注。实际上，很多传统层状正极材料可以被视为具有r-3m空间群的o3-nafeo2的衍生物，包括但不限于licoo2、lini0.5mn0.5o2、lini1/3mn1/3co1/3o2、naxmeo2等，均属于此类。
3、当前背景下，合成o3-nafeo2时面临的挑战在于，不当的fe源和na源选择可能导致形成电化学不活泼的nafeo2，故而使得制备变得复杂。现有技术中公开了以反应活性较低的fe2o3作为原料，na2o2作为钠源来合成o3-nafeo2，并且合成过程要求在惰性气体环境中进行，这不仅增加了成本，而且o3-nafeo2在较高电压下循环时，容易因结构变化引发析氧反应，释放大量气体，严重影响了电池的循环寿命。此外
4、鉴于上述问题，研究者们正致力于开发低成本、高电压、长循环寿命的o3-nafeo2类似物，以其作为高性能的钠离子电池正极材料。目标是实现更高的质量比容量，同时通过优化材料结构来提升循环稳定性，最终推动钠离子电池技术的商业化进程，满足大规模储能系统对高性价比、环境友好型能量存储解决方案的需求。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中钠离子电池正极材料存在的问题，提供一种长循环钠离子电池正极材料的制备方法和应用。
2、本专利技术的第一个目的通过以下技术方案来实现：
3、一种长循环钠离子电池正极材料，所述钠离子电池正极材料为o3型层状结构，其通式为nafe1-xⅱxo2-yⅶy，其中ⅱ为第二主族元素，ⅶ为第七主族元素，0＜x≤0.5，0.1≤y≤0.4。
4、ⅱ为第二主族元素，可以列举为be、mg、ca、sr、ba、ra中的一种或多种元素。
5、ⅶ为第七主族元素，可以列举为f、cl、br、i、at中的一种或多种元素。
6、进一步优选，所述钠离子电池正极材料nafe1-xⅱxo2-yⅶy中，ii包括be、mg、ca、sr中的一种或多种元素，ⅶ包括f、cl、br中的一种或多种元素。
7、进一步优选，所述钠离子电池正极材料nafe1-xⅱxo2-yⅶy中，ii为ca元素，ⅶ为f元素。
8、本专利技术提供的长循环钠离子电池正极材料是具有o3型层状结构的正极材料。o3为层状氧化物的一种特定排列方式，其特点是在层间具有较大的空间，能够容纳钠离子(na+)的嵌入和脱嵌，从而实现电池的充放电过程。
9、本专利技术的第二个目的通过以下技术方案来实现：
10、一种长循环钠离子电池正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
11、(1)将钠盐、铁盐、含ⅱ金属盐、含ⅶ钠盐加入溶剂中搅拌溶解，记混合溶液为s1；
12、(2)将s1溶液搅拌调节ph，倒入到反应釜内衬中恒温保持一段时间；冷却后，使用有机溶剂和水进行清洗，干燥后得到m1样品；
13、(3)将m1样品进行预煅烧，然后升温进行高温煅烧，得到目标产物o3-nafe1-xⅱxo2-yⅶy。
14、作为优选，所述步骤(1)中，钠盐包括醋酸钠、硝酸钠、乙酸钠、碳酸钠、草酸钠、碳酸钠中的一种或多种。进一步优选为醋酸钠。
15、作为优选，所述步骤(1)中，铁盐包括醋酸铁、氯化铁、草酸铁、乙酸铁、硫酸铁、硝酸铁中的一种或多种。进一步优选为醋酸铁。
16、作为优选，所述步骤(1)中，含ⅱ金属盐中金属阳离子为第二主族金属元素，包括醋酸钙、醋酸镁、硝酸钙、硝酸镁、硫酸钙、硫酸镁、碳酸钙、碳酸镁、氯化钙、氯化镁中的一种或多种。进一步优选为醋酸钙。
17、作为优选，所述步骤(1)中，含ⅶ钠盐中阴离子为第七主族元素非金属元素，包括氟化钠、氯化钠、溴化钠中的一种或多种。进一步优选为氟化钠。
18、作为优选，所述步骤(1)中，加入的钠盐、铁盐、含ⅱ金属盐、含ⅶ钠盐按照目标产物的化学通式计量摩尔比为1：(0.5～0.9)：(0.1～0.5)：(0.1～0.4)。
19、作为优选，所述步骤(1)中，溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种。
20、作为优选，所述步骤(2)中，将s1溶液的ph调节至7～10。
21、作为优选，所述步骤(2)中，调节ph的试剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、醋酸-醋酸钠缓冲溶液中的一种或多种。
22、作为优选，所述步骤(2)中，倒入的s1溶液占反应釜内衬容量的50～85％。
23、作为优选，所述步骤(2)中，恒温温度为120～180℃，恒温保持10～20h。
24、作为优选，所述步骤(2)中，冷却温度为30～60℃。
25、作为优选，所述步骤(2)中，有机溶剂包括醇类有机物、醚类有机物、n-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
26、作为优选，所述醇类有机物可列举为乙醇、甲醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙三醇中的一种或多种。
27、作为优选，所述醚类有机物可列举为乙醚、二甲醚、苯乙醚、丁醚、乙二醇二甲醚、四氢呋喃、二甲基亚硝胺中的一种或多种。
28、作为优选，所述步骤(2)中，清洗后放入烘箱中进行干燥，干燥温度为70～110℃，干燥时间为0.5～2h。
29、作为优选，所述步骤(3)中，将m1样品在管式炉中进行预煅烧，温度为200～400℃，时间为1～5h。
30、作为优选，所述步骤(3)中，高温煅烧温度为500～800℃，时间为5～10h。
31、作为优选，所述步骤(3)中，煅烧氛围包括空气、氧气、一氧化碳中的一种或多种混合气体。
32、本专利技术的第三个目的通过以下技术方案来实现：
33、一种长循环钠离子电池正极极片，包括上述长循环钠离子电池正极材料。
34、本专利技术的第四个目的通过以下技术方案来实现：
35、一种长循环钠离子电池，包括上述长循环钠离子电池正极极片。
36、与现有技术相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种长循环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为O3型层状结构，其通式为NaFe1-xⅡxO2-yⅦy，其中Ⅱ为第二主族元素，Ⅶ为第七主族元素，0＜x≤0.5，0.1≤y≤0.4。
2.根据权利要求1所述的一种长循环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NaFe1-xⅡxO2-yⅦy中，II包括Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra中的一种或多种元素，Ⅶ包括F、Cl、Br、I、At中的一种或多种元素。
3.根据权利要求1所述的一种长循环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NaFe1-xⅡxO2-yⅦy中，II为Ca元素，Ⅶ为F元素。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的长循环钠离子电池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所述的一种长循环钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，钠盐包括醋酸钠、硝酸钠、乙酸钠、碳酸钠、草酸钠、碳酸钠中的一种或多种；
6.根据权利要求4所述的一种长循环钠离子电池正极材料的制备方法，
7.根据权利要求4所述的一种长循环钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将S1溶液的pH调节至7～10；
8.根据权利要求4所述的一种长循环钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，将M1样品在管式炉中进行预煅烧，温度为200～400℃，时间为1～5h；
9.一种长循环钠离子电池正极极片，其特征在于，包括如权利要求1～3任一项所述的一种长循环钠离子电池正极材料。
10.一种长循环钠离子电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的一种长循环钠离子电池正极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种长循环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为o3型层状结构，其通式为nafe1-xⅱxo2-yⅶy，其中ⅱ为第二主族元素，ⅶ为第七主族元素，0＜x≤0.5，0.1≤y≤0.4。
2.根据权利要求1所述的一种长循环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nafe1-xⅱxo2-yⅶy中，ii包括be、mg、ca、sr、ba、ra中的一种或多种元素，ⅶ包括f、cl、br、i、at中的一种或多种元素。
3.根据权利要求1所述的一种长循环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nafe1-xⅱxo2-yⅶy中，ii为ca元素，ⅶ为f元素。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的长循环钠离子电池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所述的一种长循环钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，钠盐包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：王翔翔，孙珊珊，赵亚，李楠洋，
申请(专利权)人：宁波维科电池有限公司，
类型：发明
国别省市：
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