【技术实现步骤摘要】
本申请涉及材料化工领域，尤其涉及正极材料及其制备方法、正极极片、电池和用电装置。
技术介绍
1、随着科技的发展和时代的进步，能源短缺、环境恶化的问题逐渐呈现在人们的面前。为了应对能源危机，开发诸如风能、太阳能、潮汐能等可再生新能源或者新型高效的储能器件成为人们研究的热点。目前商业应用比较成熟的锂离子电池由于地球中锂金属的储量较少，难以满足日益增长的商业需求。钠元素作为和锂元素处于同一主族的碱金属元素，其在物理化性质上与锂极为相近，而且钠元素的储量丰富，价格相对金属锂低了很多，可以作为新一代的电化学二次电池。同锂离子电池相比，钠离子电池更适合作为大规模储能的器件。随着锂离子电池原材料价格走高，钠离子电池或将成为锂离子电池的重要补充。相比锂离子电池而言，钠离子电池在成本以及充电时间上优势明显。磷酸铁锂电池则充电时间则更长，要45分钟左右；而钠离子电池的充电时间只需要10分钟，为解决电动车充电时间过长的问题提供了方向。
2、聚阴离子系钠离子电池正极材料具有结构稳定、安全性高、拥有开放的钠离子传输通道等优点；但是在其材料制备过程中，易产生杂项，导致容量降低且电导率较差。层状氧化物系钠离子电池正极材料相对聚阴系钠离子电池正极材料的容量较高，且倍率性能优秀，但层状氧化物系钠离子电池正极材料易受环境中水分影响，且稳定性较差，循环过程中容量衰减严重。如何解决上述问题，是本领域技术人员需要考虑的。
技术实现思路
1、为解决现有技术中的问题，本申请实施例提供正极材料及其制备方法、正极极片、
2、本申请实施例提供一种正极材料的制备方法，其包括如下步骤：
3、制备层状氧化物内部核体材料，所述层状氧化物内部核体材料为含有钠和过渡金属的层状氧化物；
4、制备聚阴离子系外部包覆材料，所述聚阴离子系外部包覆材料包括焦磷酸磷酸锰铁钠；
5、通过机械融合方式将所述层状氧化物内部核体材料和所述聚阴离子系外部包覆材料融合，得到具有层状氧化物与聚阴离子复合的核壳结构的正极材料。
6、于一实施例中，制备层状氧化物内部核体材料的步骤包括：
7、在金属氢氧化物前驱体中掺入一定量的钠源，混合均匀后进行烧结；
8、将烧结后的物料进行破碎过筛，得到所述层状氧化物内部核体材料。
9、于一实施例中，所述金属氢氧化物前驱体的化学式为m(oh)2，
10、其中，m包括fe、ni、cu、zn、co、ti、mn中的至少一种，所述钠源包括碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、醋酸钠中的一种或多种，na元素与所述金属氢氧化物前驱体中m的摩尔比为1.2：1至0.8：1，所述烧结过程的温度范围为800℃至1200℃，所述烧结过程的烧结时间为10小时至20小时。
11、于一实施例中，制备聚阴离子系外部包覆材料的步骤包括：
12、将铁源、钠源、磷源、碳源、柠檬酸在溶剂中混合形成溶液；
13、将所述溶液置于电阻炉中加热，所述电阻炉的温度范围为200℃至600℃，并对所述溶液施加20khz至100khz的超声，使所述溶液沸腾、蒸发、浓缩和燃烧，得到前驱体粉末；
14、在惰性气体气氛下烧结所述前驱体粉末，烧结后进行粉碎，得到所述聚阴离子系外部包覆材料。
15、于一实施例中，所述铁源包括草酸亚铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或多种；所述磷源包括磷酸铁、磷酸二氢铵、磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸、焦磷酸钠、焦磷酸二氢钠、焦磷酸二氢铵中的一种或多种；所述钠源包括碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、磷酸二氢钠、醋酸钠，草酸钠中的一种或多种；所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇、柠檬酸、草酸、碳纳米管、石墨中的一种或多种；所述溶剂包括去离子水、无水乙醇中的一种或多种。
16、于一实施例中，对所述前驱体粉末进行烧结的温度范围为300℃至800℃，烧结时间为6小时至12小时，所述惰性气体包括氮气、氦气、氩气中的一种或多种，且氧浓度小于或等于20ppm；所述聚阴离子系外部包覆材料的粒度d50的范围为50nm至300nm，所述聚阴离子系外部包覆材料的比表面积范围bet为10㎡/g至20㎡/g。
17、于一实施例中，通过机械融合方式将所述层状氧化物内部核体材料和所述聚阴离子系外部包覆材料融合的步骤包括：
18、称取所述层状氧化物内部核体材料和所述聚阴离子系外部包覆材料得到混合物，其中，所述聚阴离子系外部包覆材料的质量占比小于或等于30％；
19、将所述混合物放入机械融合机中搅拌混合均匀，所述机械融合机的转速范围为2000rpm至10000rpm，搅拌时间为3分钟至10分钟，所述机械融合机内置有锆球对所述混合物进行破碎及挤压，得到具有层状氧化物与聚阴离子复合的核壳结构的所述正极材料。
20、本申请实施例还提供一种正极材料，所述正极材料由前述实施例中任意一项所述的正极材料的制备方法制备得到，所述正极材料包括所述层状氧化物内部核体材料和所述聚阴离子系外部包覆材料；
21、所述层状氧化物内部核体材料包括na1+xmo2，其中-0.3≤x≤0.2，m包括fe、ni、cu、zn、co、ti、mn中的至少一种；
22、所述聚阴离子系外部包覆材料包括na4fe3-ymny(po4)2p2o7/c。
23、本申请实施例还提供一种电池，所述电池包括正极，所述正极包括由前述实施例中任意一项所述的正极材料的制备方法制备的正极材料，或，所述正极包括如前述实施例所述的正极材料。
24、本申请实施例还提供一种用电装置，所述用电装置包括用电主体及电池，所述电池包括正极，所述正极包括由前述实施例中任意一项所述的正极材料的制备方法制备的正极材料，或，所述正极包括如前述实施例所述的正极材料。
25、进一步的，本申请的正极材料及其制备方法、正极极片、电池和用电装置，将聚阴离子系外部包覆材料包覆于层状氧化物内部核体材料表面；聚阴离子系外部包覆材料属于金属磷酸盐，其作为包覆层包覆于层状氧化物内部核体材料可以增强离子传输特性。聚阴离子系外部包覆材料通过与层状氧化物内部核体材料形成双层结构增加离子扩散，并减少锰的溶解且降低jahn-teller效应，改善其环境稳定性较差的缺点，提高循环性能。相较于传统的包覆材料(例如纳米金属氧化物、碳材料)，聚阴离子系外部包覆材料本身为活性物质，具备一定的比容量，不会过多降低正极材料的能量密度；同时，相较于一般的聚阴离子系材料(如焦磷酸磷酸铁钠)，焦磷酸磷酸锰铁钠中掺杂了锰元素，提高了聚阴离子系外部包覆材料的电压平台，改善了聚阴离子系材料电压平台低的缺点，使聚阴离子系外部包覆材料的电压平台与被包覆的层状氧化物内部核体材料更加接近，有助于提高正极材料整体的电压平台。
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1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的正极材料的制备方法，其特征在于，制备层状氧化物内部核体材料的步骤包括：
3.如权利要求2所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述金属氢氧化物前驱体的化学式为M(OH)2，其中，M包括Fe、Ni、Cu、Zn、Co、Ti、Mn中的至少一种，所述钠源包括碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、醋酸钠中的一种或多种，Na元素与所述金属氢氧化物前驱体中M的摩尔比为1.2：1至0.8：1，所述烧结的温度范围为800℃至1200℃，所述烧结的烧结时间为10小时至20小时。
4.如权利要求1所述的正极材料的制备方法，其特征在于，制备聚阴离子系外部包覆材料的步骤包括：
5.如权利要求4所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述铁源包括草酸亚铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或多种；所述磷源包括磷酸铁、磷酸二氢铵、磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸、焦磷酸钠、焦磷酸二氢钠、焦磷酸二氢铵中的一种或多种；所述钠源包括碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、磷酸二氢钠、醋酸钠、草酸钠中的一种或多种；所述碳源包括葡萄糖、蔗
6.如权利要求4所述的正极材料的制备方法，其特征在于，对所述前驱体粉末进行烧结的温度范围为300℃至800℃，对所述前驱体粉末进行烧结的烧结时间为6小时至12小时，所述惰性气体包括氮气、氦气、氩气中的一种或多种，且氧浓度小于或等于20ppm；所述聚阴离子系外部包覆材料的粒度D50的范围为50nm至300nm，所述聚阴离子系外部包覆材料的比表面积范围BET为10㎡/g至20㎡/g。
7.如权利要求1所述的正极材料的制备方法，其特征在于，通过机械融合方式将所述层状氧化物内部核体材料和所述聚阴离子系外部包覆材料融合的步骤包括：
8.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料由权利要求1至7中任意一项所述的正极材料的制备方法制备得到，所述正极材料包括所述层状氧化物内部核体材料和所述聚阴离子系外部包覆材料；
9.一种电池，其特征在于，所述电池包括正极，所述正极包括由权利要求1至7中任意一项所述的正极材料的制备方法制备的正极材料，或所述正极包括如权利要求8所述的正极材料。
10.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括用电主体及电池，所述电池包括正极，所述正极包括由权利要求1至7中任意一项所述的正极材料的制备方法制备的正极材料，或所述正极包括如权利要求8所述的正极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的正极材料的制备方法，其特征在于，制备层状氧化物内部核体材料的步骤包括：
3.如权利要求2所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述金属氢氧化物前驱体的化学式为m(oh)2，其中，m包括fe、ni、cu、zn、co、ti、mn中的至少一种，所述钠源包括碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、醋酸钠中的一种或多种，na元素与所述金属氢氧化物前驱体中m的摩尔比为1.2：1至0.8：1，所述烧结的温度范围为800℃至1200℃，所述烧结的烧结时间为10小时至20小时。
4.如权利要求1所述的正极材料的制备方法，其特征在于，制备聚阴离子系外部包覆材料的步骤包括：
5.如权利要求4所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述铁源包括草酸亚铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或多种；所述磷源包括磷酸铁、磷酸二氢铵、磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸、焦磷酸钠、焦磷酸二氢钠、焦磷酸二氢铵中的一种或多种；所述钠源包括碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、磷酸二氢钠、醋酸钠、草酸钠中的一种或多种；所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇、柠檬酸、草酸、碳纳米管、石墨中的一种或多种；所述溶剂包括去离子水、无水乙醇中的一种或多种。
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【专利技术属性】
技术研发人员：陆仁杰，方秀利，缪永华，张祥，朱玲玲，许杰，周兴森，吴建伟，
申请(专利权)人：中天新兴材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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