一种掺杂改性的P2型钠离子层状金属氧化物正极材料及其制备方法与流程

本发明属于钠离子电池正极材料，尤其是涉及一种掺杂改性的p2型钠离子层状金属氧化物正极材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着新能源产业的快速发展，特别是新能源汽车行业的迅猛发展，导致锂资源的价格迅速上涨，加之锂资源在全球范围内的分布不均匀，导致锂资源的价格一直处于高位。因此，资源和成本问题成为制约新能源健康发展的瓶颈。中国是一个锂资源缺乏的国家，大部分锂资源需要进口，。因此急需开发锂资源的替代产品。钠离子电池由于钠资源丰富，成为新能源发展的又一技术热点。钠在地壳中的元素含量排第六位，而且分布广泛，开发成本低，。因此钠离子电池是锂离子电池的有效的替代品。

2、钠离子电池的关键核心在于钠离子正极材料。钠离子正极材料包括聚阴离子正极材料、层状金属氧化物正极（naxmo2，m=fe，mn，co，cr，ni，ti，v，al，mg，zr，cu，ca，sn，b，mo等中的一种或多种金属元素）、普鲁士蓝等材料。其中层状金属氧化物正极材料最有可能进行大规模推广和使用，能够快速产业化。层状金属氧化物正极包括p2型， p2型正极材料由于层间距较大，动力学性能较好。目前，层状金属氧化物正极材料结构不稳定，残余碱高，且制备工艺复杂，不利于工业化生产以及推广应用。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是提供一种掺杂改性的p2型钠离子层状金属氧化物正极材料及其制备方法，有效的解决现有技术中层状金属氧化物正极材料结构不稳定的问题，提高空气稳定性，降低材料碱性与水分，改善加工性能，改善循环和倍率以及安全性；本方法不采用任何有机溶剂进行分散或干燥，更加环保和节省成本。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的一个技术方案是： 一种掺杂改性的p2型钠离子层状金属氧化物正极材料，包括： na0.7ni0.25fe0.25mn0.5-x-yaxbyo2，其中，0≤x≤0.1，0≤y≤0.1。

3、优选地，其中a与b为al、cu、mg、zn、co、ca、b、ti、zr、sn或mo中的一种或几种元素。

4、本发明提供的另一技术方案是：一种制备如上所述的掺杂改性的p2型钠离子层状金属氧化物正极材料的方法，包括：

5、将氧化物原材料与钠源按照钠离子层状金属氧化物正极材料化学计量比依次加入高速分散混合设备中，进行高速分散混合，得到前驱体材料；

6、将所述前驱体材料置入烧结设备中，所述烧结设备逐步升温至设定温度，进行烧结，烧结后进行冷却，随后取出；

7、其中，所述前驱体材料在所述烧结设备中烧结时，所述烧结设备内的烧结气氛为空气气氛或o2气氛；

8、研磨或破碎烧结后的所述前驱体材料，得到钠离子层状金属氧化物正极材料。

9、优选地，所述前驱体材料在所述烧结设备中烧结时，所述烧结设备内的烧结气氛为空气气氛，所述空气气氛流量为3-20m3/h。

10、优选地，所述前驱体材料在所述烧结设备中烧结时，所述烧结设备内的烧结气氛为o2气氛，所述o2气氛流量为o2气氛；其中，o2纯度不低于50%。

11、优选地，将所述前驱体材料置入烧结设备后，所述烧结设备按照升温速率2-5℃/min的速度逐步升温至设定温度，其中，所述设定温度为850-950℃，烧结时间为12-18h。

12、优选地，将所述氧化物和所述钠源加入至所述高速分散混合设备后，分步进行分散，其中，第一步分散频率不低于10hz，转速不低于170rpm，分散时间不低于10min；第二步分散频率不低于20hz；转速不低于330rpm，分散时间不低于10min；第三步分散频率不低于30hz；转速不低于520rpm，分散时间不低于10min。

13、优选地，若所述氧化物和所述钠源未完全分散，还需进行第四步分散，分散频率不小于35hz，转速不低于600rpm，分散时间不低于5min。

14、优选地，所述氧化物原材料包括：四氧化三锰、三氧化二锰、三氧化二镍、氧化镍、三氧化二铁、三氧化二硼、四氧化三钴、氧化锌、氧化镁、二氧化钛、二氧化锆、二氧化锡、氧化铜、氧化钙、三氧化二铝、三氧化钼中的一种或几种。

15、优选地，所述钠源为na2co3或nahco3。

16、采用上述技术方案，有效解决现有技术中层状金属氧化物正极材料结构不稳定的问题，提高空气稳定性，降低材料碱性与水分，改善加工性能，改善循环和倍率以及安全性。

17、采用上述技术方案，能够改善现有钠离子层状金属氧化物材料的结构稳定性，改善循环、倍率以及安全性能，能够大规模推广、生产和应用。

技术特征：

1.一种掺杂改性的p2型钠离子层状金属氧化物正极材料，包括：na0.7ni0.25fe0.25mn0.5-x-yaxbyo2，其中，0≤x≤0.1，0≤y≤0.1。

2.根据权利要求1所述的一种掺杂改性的p2型钠离子层状金属氧化物正极材料，其特征在于：其中a与b为al、cu、mg、zn、co、ca、b、ti、zr、sn或mo中的一种或几种元素。

3.一种制备如权利要求1或2所述的掺杂改性的p2型钠离子层状金属氧化物正极材料的方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种掺杂改性的p2型钠离子层状金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：所述前驱体材料在所述烧结设备中烧结时，所述烧结设备内的烧结气氛为空气气氛，所述空气气氛流量为3-20m3/h。

5.根据权利要求3所述的一种掺杂改性的p2型钠离子层状金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：所述前驱体材料在所述烧结设备中烧结时，所述烧结设备内的烧结气氛为o2气氛，所述o2气氛流量为o2气氛；其中，o2纯度不低于50%。

6.根据权利要求3-5任一所述的一种掺杂改性的p2型钠离子层状金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：将所述前驱体材料置入烧结设备后，所述烧结设备按照升温速率2-5℃/min的速度逐步升温至设定温度，其中，所述设定温度为850-950℃，烧结时间为12-18h。

7.根据权利要求3所述的一种掺杂改性的p2型钠离子层状金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：将所述氧化物和所述钠源加入至所述高速分散混合设备后，分步进行分散，其中，第一步分散频率不低于10hz，转速不低于170rpm，分散时间不低于10min；第二步分散频率不低于20hz；转速不低于330rpm，分散时间不低于10min；第三步分散频率不低于30hz；转速不低于520rpm，分散时间不低于10min。

8.根据权利要求3所述的一种掺杂改性的p2型钠离子层状金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：若所述氧化物和所述钠源未完全分散，还需进行第四步分散，分散频率不小于35hz，转速不低于600rpm，分散时间不低于5min。

9.根据权利要求3所述的一种掺杂改性的p2型钠离子层状金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：所述氧化物原材料包括：四氧化三锰、三氧化二锰、三氧化二镍、氧化镍、三氧化二铁、三氧化二硼、四氧化三钴、氧化锌、氧化镁、二氧化钛、二氧化锆、二氧化锡、氧化铜、氧化钙、三氧化二铝、三氧化钼中的一种或几种。

10.根据权利要求3所述的一种掺杂改性的p2型钠离子层状金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：所述钠源为na2co3或nahco3。

技术总结
本发明提供一种掺杂改性的P2型钠离子层状金属氧化物正极材料，包括：Na<subgt;0.7</subgt;Ni<subgt;0.25</subgt;Fe<subgt;0.25</subgt;Mn<subgt;0.5‑x‑y</subgt;A<subgt;x</subgt;B<subgt;y</subgt;O<subgt;2</subgt;，其中，0≤x≤0.1，0≤y≤0.1。本发明的有益效果是有效解决现有技术中层状金属氧化物正极材料结构不稳定的问题，提高空气稳定性，降低材料碱性与水分，改善加工性能，改善循环以及安全性，能够改善现有钠离子层状金属氧化物材料的结构稳定性，可以进行大规模推广、生产和应用。

技术研发人员：徐国平,贾经纬,李文轩,鲍伟丰,刘兴江,周江,刘浩杰
受保护的技术使用者：中电科蓝天科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14