[发明专利]一种掺杂包覆改性的镍锰酸钠正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种掺杂包覆改性的镍锰酸钠正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)利用双氧水溶液对镍锰酸钠正极材料进行表面处理得到经表面处理的镍锰酸钠正极材料；(2)将步骤(1)中经表面处理的镍锰酸钠正极材料与钠盐、MgO粉末混合，经研磨处理，再经过焙烧处理，即得到掺杂包覆改性的镍锰酸钠正极材料。本发明采用简单的表面处理方法制备了表面贫钠的镍锰酸钠正极材料，再混合MgO和钠源经过煅烧后，通过一步反应即成功制备出Mg²⁺表面掺杂Mg_0.4Ni_0.6O表面包覆的镍锰酸钠正极材料，达到提高材料循环稳定性与倍率性能的目的。

技术领域

本发明属于电池材料领域，尤其涉及一种钠离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池(LIB)相比传统电池具有高能量密度、循环寿命长、安全性高等优点，已广泛应用于小型便携式电子设备。然而，考虑功率密度要求不高的固定式储能系统等大型能量存储应用时，地壳中锂的含量低(0.0017％)、成本高和分布不均匀成为限制锂电池发展的因素，因此必须寻找另一种低成本的替代者。由于钠资源丰富，易于获取，成本低廉，钠离子电池(SIB)的发展受到更多关注。其中，层状钠过渡金属氧化物正极材料Na_xMO₂(M＝Fe、Mn、Ni、Co、Cr及其组合)由于能量密度高、结构简单、易合成而得到广泛关注，具有很高的应用潜力。

P2型镍锰酸钠作为一种经典的钠电正极材料，因其比容量大、工作电压高且能在空气中稳定存在，受到了广大储能研究者的青睐。然而，Na_0.67Mn_0.67Ni_0.33O₂材料在充放电过程中，由于材料中Na浓度发生变化，过渡族金属层会发生相对滑移，P2相会发生P2-O2的转变，但滑移方向受多种因素影响，这使得相变的过程中会产生较多的堆垛层错，导致相变不可逆，伴随着严重的容量衰减。为了提高P2相镍锰酸钠正极材料的电化学性能，目前研究所采取的主要方法为通过掺杂取代、表面包覆等方法，从不同的角度改善材料的性能。

现有技术中对于镍锰酸钠正极材料的掺杂与包覆过程大多是首先将镍锰酸钠正极材料与掺杂元素混合再焙烧，再与包覆剂混合焙烧，最终得到掺杂、包覆改性的镍锰酸钠正极材料。上述掺杂、包覆改性处理的操作方式通常分布进行，掺杂与包覆分两步分别进行，处理过程较为复杂；并且，现有技术中的掺杂与包覆处理对正极材料的电化学性能提升有限，还可能会影响到正极材料的容量等电化学性能。因此，提供一种掺杂、包覆过程简单、电化学性能好的掺杂包覆改性的镍锰酸钠正极材料的制备方法，具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种过程简单、电化学性能好的掺杂包覆改性的镍锰酸钠正极材料的制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种掺杂包覆改性的镍锰酸钠正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用双氧水溶液对镍锰酸钠正极材料进行表面处理得到经表面处理的镍锰酸钠正极材料；

(2)将步骤(1)中经表面处理的镍锰酸钠正极材料与钠盐、MgO粉末混合，经研磨处理，再经过焙烧处理，即得到掺杂包覆改性的镍锰酸钠正极材料。

本发明中，步骤(1)中双氧水溶液起到化学脱钠的作用，其中主要是利用Mn⁴⁺对双氧水的催化作用达到破坏材料表面层状结构的作用，可能也有少部分的Mn³⁺参与反应，使得材料表层钠离子含量降低，形成镍锰的氧化物。由于步骤(1)中得到表面贫钠状态的正极材料，可认为表面是镍锰的氧化物，所以步骤(2)中需要补充少量钠盐，再经过后续焙烧处理后，与镁一起重新在表面生成层状氧化物，达到掺杂的目的，同时在表面生成包覆层，达到同时掺杂与包覆改性的效果。

本发明中，利用双氧水处理镍锰酸钠正极材料，反应结束后没有其他杂质离子存在，反应产物更加洁净。