本發(fā)明涉及電池，具體而言，涉及一種正極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在眾多儲能技術(shù)中，二次電池尤為突出，展現(xiàn)了作為儲能媒介的廣闊前景。它們以環(huán)保、靈活、易維護(hù)及高效轉(zhuǎn)換的特質(zhì)，在便攜電子設(shè)備及大規(guī)模電化學(xué)儲能場景中實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。尤其是鋰離子電池(libs)，憑借其卓越的能量密度、高平均工作電壓及大容量特性，倍受矚目并普及各領(lǐng)域。不過，考慮到鋰在全球資源中占比微乎其微(約0.01％)，且分布極為不均，加之高昂的開采與運(yùn)輸費(fèi)用，尋求開發(fā)新型可充電電池，基于豐富且成本效益高的資源，有效替代鋰離子電池，成為了當(dāng)務(wù)之急。

2、在廣泛的儲能技術(shù)候選者中，鈉離子電池(sibs)展現(xiàn)出了顯著的發(fā)展?jié)摿?。鈉元素在地殼中的豐度高達(dá)2.83％，不僅資源充沛且分布廣泛，相較于鋰資源，鈉鹽的獲取成本更低廉，金屬鈉的提取過程更為簡便且環(huán)境友好。從電化學(xué)角度看，na+/na相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極(she)的還原電位是-2.71v，而li+/li的還原電位相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極是-3.04v，使其成為具有和鋰離子電池相似工作電壓的候選者。兩者的工作機(jī)理相仿，這使得鈉離子電池能夠兼容現(xiàn)有的鋰離子電池生產(chǎn)線，促進(jìn)了技術(shù)的快速轉(zhuǎn)化應(yīng)用。此外，鈉離子電池的設(shè)計(jì)考慮到了經(jīng)濟(jì)效益，由于鈉與鋁不形成合金，可以采用成本效益更高的鋁箔來替代銅箔作為負(fù)極集流體，這一改變直接削減了約8％的生產(chǎn)成本。而且，鈉離子電池的熱管理更加便捷，歸因于其較高的內(nèi)阻導(dǎo)致發(fā)熱減少，增強(qiáng)了使用的安全性。另一個(gè)顯著優(yōu)勢在于，鈉離子在電池循環(huán)過程中的高擴(kuò)散率能夠抑制鋰離子電池中常見的鋰枝晶形成問題，從而避免了電池內(nèi)部短路的風(fēng)險(xiǎn)。鈉離子電池在面臨物理破壞如擠壓或針刺測試時(shí)，表現(xiàn)出高度的安全性，無火災(zāi)及爆炸風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步強(qiáng)化了其在安全性能上的優(yōu)勢。鑒于其成本效益及出色的充放電速率，鈉離子電池非常適合應(yīng)用于大規(guī)模儲能系統(tǒng)，以及對功率需求較高的啟動(dòng)電源和電網(wǎng)調(diào)頻場景。因此，鈉離子電池被視作是能夠在特定領(lǐng)域替代鋰離子電池，推動(dòng)大規(guī)模儲能技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵要素。

3、當(dāng)前鈉離子電池正極材料的研究，主要集中于層狀氧化物、普魯士藍(lán)類似化合物、有機(jī)分子材料，以及聚陰離子化合物。普魯士藍(lán)類似物和聚陰離子類化合物的容量保持率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比其他正極材料好，但兩者的放電容量不穩(wěn)定。有機(jī)化合物存在在電解質(zhì)中的溶解度較小以及電導(dǎo)率較低的問題。層狀氧化物材料能量密度較高，生產(chǎn)工藝簡單與libs類似，對環(huán)境較為友好，得到人們廣泛的研究。

4、電極與電解質(zhì)界面的不良副反應(yīng)，如陰極與電解質(zhì)界面的問題、電解質(zhì)分解問題、電極材料顆粒表面重構(gòu)問題和過渡金屬離子溶解問題等，是影響層狀氧化物材料的電化學(xué)性能的一大原因。氟化鹽類溶質(zhì)和有機(jī)溶劑與水反應(yīng)生成hf，會(huì)腐蝕電極，導(dǎo)致正極表面的離子溶解，造成電池容量衰減。溶解在電解質(zhì)中的過渡金屬離子以及電極材料表面的裂紋會(huì)破壞穩(wěn)定的陰極電解質(zhì)界面，使副反應(yīng)增多，影響電化學(xué)性能。由電極副反應(yīng)引起的表面重構(gòu)，通常表現(xiàn)為隨機(jī)分布的巖鹽/尖晶石相和位錯(cuò)的非均質(zhì)特征，阻礙了局部的na+和電子的擴(kuò)散，從而影響循環(huán)壽命。因此減少界面副反應(yīng)對提高層狀氧化物材料的性能十分重要。

5、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種正極材料，以解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的正極材料，氧化鎳修飾層的機(jī)械強(qiáng)度大，可一定程度上抑制顆粒的開裂破碎，氧化鎳修飾層有較好的催化特性，加速形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面，可抑制表面副反應(yīng)的發(fā)生，提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種所述的正極材料的制備方法，該方法簡易行，對環(huán)境友好。

3、本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種正極片。

4、本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種電池。

5、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

6、一種正極材料，包括正極基體材料以及位于所述正極基體材料表面的氧化鎳修飾層；所述正極基體材料包括層狀過渡金屬氧化物材料，所述層狀過渡金屬氧化物材料的化學(xué)通式為naqmbdco2，其中，0.59≤q≤1，0.7≤b≤1，0≤c≤0.3，且b+c＝1，m為過渡金屬元素，d為金屬摻雜元素。

7、一些實(shí)施方式中，所述過渡金屬元素包括cr、mn、fe、co、ni和cu中至少一種。

8、一些實(shí)施方式中，所述金屬摻雜元素包括li、mg、al、zn、k、ca、v、ti、nb、zr和sn中的至少一種；

9、一些實(shí)施方式中，所述氧化鎳修飾層中的元素鎳與所述正極基體材料的摩爾比為(0.05～0.1):1。

10、一些實(shí)施方式中，所述層狀過渡金屬氧化物材料為層狀錳基氧化物材料，所述層狀錳基氧化物材料的化學(xué)通式為naxmnymzo2，其中，0.59≤x≤1，0.7≤y≤1，0≤z≤0.3，且y+z＝1，m為fe、co、cu和mg中的至少一種。

11、如上所述的正極材料的制備方法，包括以下步驟：

12、將含鎳化合物溶液與正極基體材料進(jìn)行第一混合，得到第一體系；將所述第一體系與沉淀劑溶液進(jìn)行第二混合，得到第二體系；對所述第二體系進(jìn)行固液分離，收集固形物并進(jìn)行熱處理。

13、一些實(shí)施方式中，所述含鎳化合物包括氯化鎳、硝酸鎳、氯化鎳水合物和硝酸鎳水合物中的至少一種。

14、一些實(shí)施方式中，所述含鎳化合物溶液包括含鎳化合物和醇溶劑。

15、一些實(shí)施方式中，所述含鎳化合物和所述正極基體材料的質(zhì)量比為(1～4.5)：(15～25)。

16、一些實(shí)施方式中，所述第一混合采用超聲處理，所述超聲處理的時(shí)間為10～40min。

17、一些實(shí)施方式中，所述沉淀劑溶液包括氨水溶液、尿素溶液、碳酸氫銨溶液、碳酸鈉溶液或氫氧化鈉溶液。

18、一些實(shí)施方式中，所述沉淀劑溶液的濃度為1～4mol/l。

19、一些實(shí)施方式中，所述沉淀劑和所述含鎳化合物的質(zhì)量比為(0.4～0.8):1。

20、一些實(shí)施方式中，所述第二混合具體包括：將所述沉淀劑溶液滴加至所述第一體系中，再進(jìn)行第三攪拌，得到所述第二體系。

21、一些實(shí)施方式中，控制所述第一體系與沉淀劑溶液進(jìn)行第二混合的體系溫度為30～80℃，所述滴加的時(shí)間為10～60min。

22、一些實(shí)施方式中，所述第三攪拌的時(shí)間為2～10h。

23、一些實(shí)施方式中，所述熱處理的溫度為450～600℃，所述熱處理的時(shí)間為4～10h。

24、一些實(shí)施方式中，所述熱處理的氣氛為空氣。

25、一些實(shí)施方式中，所述熱處理之前，對所述固形物進(jìn)行干燥處理，所述干燥處理的溫度為60～90℃，所述干燥處理的時(shí)間為9～15h。

26、一種正極片，包括所述的正極材料。

27、一種電池，包括所述的正極片。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

29、(1)本發(fā)明的正極材料，氧化鎳修飾層的機(jī)械強(qiáng)度大，可一定程度上抑制顆粒的開裂破碎，氧化鎳修飾層有較好的催化特性，加速形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面，抑制了表面副反應(yīng)的發(fā)生和錳離子的溶出，提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性；可以阻止電極電解質(zhì)間發(fā)生不良的副反應(yīng)，并在電極表面形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面，這種界面可以防止電解質(zhì)對電極材料的腐蝕，保護(hù)正極材料免受空氣中的水分和二氧化碳的影響，穩(wěn)定其表面結(jié)構(gòu)，提高電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而提高材料的循環(huán)性能。

30、(2)發(fā)明的正極材料的制備方法，通過共沉淀的方法在正極基體材料的表面修飾氧化鎳，操作簡單，易于控制；氧化鎳的修飾可提高電極反應(yīng)的贗電容行為，使電極的動(dòng)力學(xué)性能提高。

31、(3)本發(fā)明的電池具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性能。