本技術(shù)涉及鈉離子電池，尤其涉及一種鈉離子電池正極材料及制備方法。

背景技術(shù)：

1、硫酸鐵鈉正極材料具有低成本、高電壓、長(zhǎng)循環(huán)、高安全性能等顯著特點(diǎn)，適用于電動(dòng)車(chē)、儲(chǔ)能等應(yīng)用場(chǎng)景；目前主流的硫酸鐵鈉合成工藝中，所用到的原料多為硫酸亞鐵與硫酸鈉粉末，為保證硫酸鐵鈉正極材料產(chǎn)品質(zhì)量，所用的硫酸亞鐵以及硫酸鈉均為電池級(jí)，通過(guò)化學(xué)合成方法制得以保證硫酸亞鐵和硫酸鈉的純度，使得硫酸鐵鈉整體的制備成本相對(duì)增加，產(chǎn)能也會(huì)相對(duì)受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本技術(shù)提供了一種鈉離子電池正極材料及制備方法，所述技術(shù)方案如下：

2、一方面，本技術(shù)提供了一種鈉離子電池正極材料，所述鈉離子電池正極材料包括硫酸鐵鈉、碳材料和多種金屬離子，所述碳材料分散于所述硫酸鐵鈉之間，所述金屬離子摻雜于所述硫酸鐵鈉的晶體結(jié)構(gòu)中；

3、所述鈉離子電池正極材料是以鐵源、具有硫酸鈉的層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物和碳材料為原料制備得到的；所述層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物包括金屬離子，所述金屬離子包括ni2+、co2+和mn4+中的至少兩種。

4、進(jìn)一步地，所述鐵源為具有七水硫酸亞鐵的鈦白粉副產(chǎn)物，所述鈦白粉副產(chǎn)物包括金屬離子，所述鈦白粉副產(chǎn)物和/或所述層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物中包括金屬離子，所述金屬離子包括ni2+、mg2+、co2+和mn4+；

5、所述鈉離子電池正極材料的化學(xué)式為naxfeyniacobmncmgd(so4)z@c，其中，1≤x/y≤2，(a+b+c+d)/y≤0.1。

6、進(jìn)一步地，所述鈉離子電池正極材料通過(guò)對(duì)鈦白粉副產(chǎn)物進(jìn)行第一提純處理得到第一提純?nèi)芤?，?duì)層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物進(jìn)行第二提純處理得到第二提純?nèi)芤海瑢⑺龅谝惶峒內(nèi)芤?、所述第二提純?nèi)芤汉吞疾牧线M(jìn)行混合干燥，并造粒燒結(jié)得到；

7、所述第一提純處理能夠去除所述鈦白粉副產(chǎn)物中的不溶性物質(zhì)，所述第一提純?nèi)芤喊ㄆ咚蛩醽嗚F和多種可溶性金屬離子，所述可溶性金屬離子包括ni2+、mg2+和mn4+中的至少兩種；

8、所述第二提純處理能夠去除所述層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物中的氨氮；所述第二提純?nèi)芤喊蛩徕c和多種可溶性金屬離子，所述可溶性金屬離子包括ni2+、co2+和mn4+中的至少兩種。

9、進(jìn)一步地，所述第一提純?nèi)芤汉退龅诙峒內(nèi)芤菏峭ㄟ^(guò)測(cè)量所述第一提純?nèi)芤褐需F元素含量和鈉元素含量，測(cè)量所述第二提純?nèi)芤褐锈c元素含量，按照鈉元素和鐵元素間的預(yù)設(shè)x/y值進(jìn)行混合的；其中，1.2≤x/y≤1.8。

10、另一方面，本技術(shù)還提供了一種鈉離子電池正極材料的制備方法，以鐵源、具有硫酸鈉的層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物和碳材料為原料制備得到所述鈉離子電池正極材料；所述層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物包括金屬離子，所述金屬離子包括ni2+、co2+和mn4+中的至少兩種；

11、所述鈉離子電池正極材料包括硫酸鐵鈉、碳材料和多種金屬離子，所述碳材料分散于所述硫酸鐵鈉之間，所述金屬離子摻雜于所述硫酸鐵鈉的晶體結(jié)構(gòu)中。

12、進(jìn)一步地，所述鐵源為具有七水硫酸亞鐵的鈦白粉副產(chǎn)物，所述鈦白粉副產(chǎn)物包括金屬離子，所述金屬離子包括ni2+、mg2+、和mn4+中的至少兩種；所述以鐵源、具有硫酸鈉的層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物和碳材料為原料制備得到所述鈉離子電池正極材料包括：

13、對(duì)鈦白粉副產(chǎn)物進(jìn)行第一提純處理，得到第一提純?nèi)芤?；所述第一提純處理能夠去除所述鈦白粉副產(chǎn)物中的不溶性物質(zhì)，所述第一提純?nèi)芤喊ㄆ咚蛩醽嗚F和多種可溶性金屬離子，所述可溶性金屬離子包括ni2+、mg2+和mn4+中的至少兩種；

14、對(duì)層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物進(jìn)行第二提純處理，得到第二提純?nèi)芤?；所述第二提純處理能夠去除所述層狀氧化物前?qū)體副產(chǎn)物中的氨氮，所述第二提純?nèi)芤喊蛩徕c和多種可溶性金屬離子，所述可溶性金屬離子包括ni2+、co2+和mn4+中的至少兩種；

15、將所述第一提純?nèi)芤?、所述第二提純?nèi)芤汉吞疾牧线M(jìn)行混合干燥，得到正極材料前驅(qū)體；

16、對(duì)所述正極材料前驅(qū)體進(jìn)行造粒，得到前驅(qū)體壓制材料；

17、對(duì)所述前驅(qū)體壓制材料進(jìn)行燒結(jié)處理，并粉碎，得到所述鈉離子電池正極材料。

18、進(jìn)一步地，所述對(duì)鈦白粉副產(chǎn)物進(jìn)行第一提純處理，得到第一提純?nèi)芤喊ǎ?/p>

19、將所述鈦白粉副產(chǎn)物溶解于去離子水中，并將鐵粉分散于所述去離子水中，得到第一初始溶液；

20、將氫氧化鈉溶液和所述第一初始溶液混合，至所述第一初始溶液的ph達(dá)到第一目標(biāo)ph，過(guò)濾，得到濾液；所述第一目標(biāo)ph為4.5～5；所述鈦白粉副產(chǎn)物還包括ti2+，在所述第一目標(biāo)ph的情況下，所述第一初始溶液中的ti2+發(fā)生沉淀反應(yīng)，形成不溶性的鈦沉淀；

21、將硫酸、抗氧化劑和所述濾液混合，至所述濾液的ph達(dá)到第二目標(biāo)ph，得到所述第一提純?nèi)芤海凰龅诙繕?biāo)ph為2～3.5。

22、進(jìn)一步地，所述對(duì)鈦白粉副產(chǎn)物進(jìn)行第一提純處理，得到第一提純?nèi)芤簼M(mǎn)足下述特征的至少之一：

23、所述鈦白粉副產(chǎn)物的不溶性物質(zhì)包括二氧化鈦，所述二氧化鈦在所述鈦白粉副產(chǎn)物中的質(zhì)量占比小于第一質(zhì)量占比，所述第一質(zhì)量占比為0.7%～1.3%；

24、所述第一提純?nèi)芤旱亩喾N可溶性金屬離子在所述鈦白粉副產(chǎn)物中的質(zhì)量占比小于第二質(zhì)量占比，所述第二質(zhì)量占比為0.7%～1.3%；

25、七水硫酸亞鐵在所述第一初始溶液中的濃度為50g/l～150g/l；

26、所述鐵粉和所述七水硫酸亞鐵間的質(zhì)量百分比為0.1%～1%；

27、所述氫氧化鈉溶液的ph為10～13；

28、所述抗氧化劑包括抗壞血酸、草酸和檸檬酸中的至少一種；

29、所述抗氧化劑和所述七水硫酸亞鐵間的質(zhì)量百分比為0.1%～3%。

30、進(jìn)一步地，所述對(duì)層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物進(jìn)行第二提純處理，得到第二提純?nèi)芤喊ǎ?/p>

31、將所述層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物進(jìn)行脫氨處理，得到第二初始溶液；

32、將硫酸和所述第二初始溶液混合，至所述第二初始溶液的ph達(dá)到第三目標(biāo)ph，得到所述第二提純?nèi)芤?；所述第三目?biāo)ph為6.7～7.0。

33、進(jìn)一步地，所述對(duì)層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物進(jìn)行第二提純處理，得到第二提純?nèi)芤簼M(mǎn)足下述特征的至少之一：

34、所述層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物的ph大于12；

35、所述層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物中硫酸鈉的濃度為50g/l～200g/l；

36、所述層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物中的氨氮含量為5g/l～10g/l；

37、所述第二提純?nèi)芤旱亩喾N可溶性金屬離子在所述層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物中的含量為75mg/l～130mg/l。

38、另一方面，本技術(shù)還提供了一種鈉離子電池，包括如上任一項(xiàng)所述的鈉離子電池正極材料，或包括由如上任一項(xiàng)所述的鈉離子電池正極材料的制備方法制得的鈉離子電池正極材料。

39、實(shí)施本技術(shù)，具有如下有益效果：

40、該鈉離子電池正極材料是以鐵源、具有硫酸鈉和多種金屬離子的層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物，以及碳材料為原料制備得到的，將工藝廢料作為鈉源制備鈉離子電池正極材料，實(shí)現(xiàn)了直接從副產(chǎn)物到鈉離子電池正極材料的制備工藝流程，提高了廢物利用率，相對(duì)于傳統(tǒng)工藝中需要高純度鈉源的制備工藝，簡(jiǎn)化了該鈉離子電池正極材料的生產(chǎn)工序，降低了原材料成本和該鈉離子電池正極材料的生產(chǎn)成本，也極大地節(jié)省了處理層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物這些工藝廢料所帶來(lái)的能耗和環(huán)保成本，減少了生產(chǎn)環(huán)境中的碳排放，提升該鈉離子電池正極材料及其制備工藝的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性。

41、本技術(shù)層狀氧化物前驅(qū)體副產(chǎn)物中具有ni2+，co2+等金屬離子，制備得到的鈉離子電池正極材料中包含金屬離子ni2+，co2+，其中ni2+因存在ni2+/?ni3+氧化還原電對(duì)，在充放電過(guò)程中能夠提供容量，co2+能夠有效降低電荷轉(zhuǎn)移阻抗進(jìn)而提升鈉離子電池正極材料的倍率性能，使用本技術(shù)正極材料制備得到的鈉離子電池容量得到提升，并且具有良好的倍率性能。

42、同時(shí)，本制備方法無(wú)需額外摻雜金屬離子，不僅簡(jiǎn)化了一道工序，而且節(jié)省了金屬離子的原料成本。