[发明专利]一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于钠离子电池技术领域，公开了一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用，该钠离子电池正极材料的化学式为Na_0.67Mn_aZr_bF_cO₂，其中0a1，0b1，0c1，a+b+c＝1。本发明制备的钠离子电池的正极材料中掺杂了氟离子，氟离子可以使Na⁺扩散层间距增大，从而提高了正极材料的电子电导率，再引入Zr⁴⁺，防止正极材料中Mn³⁺的溶解引起的晶体结构崩塌，并且Zr⁴⁺取代了正极材料中的部分锰离子，使正极材料的充放电过程中体积较小减轻了材料的畸变，改善了循环性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锰酸锂(LiMn₂O₄)作为一种锂离子电池正极材料，以价格低、电位高、环境友好、安全性能高等诸多优点而著，目前锰酸锂电池被普遍应用于新能源领域。据统计，锂电池的使用年限为3-5年，2018年电池的报废量达到第一次高峰，其中锰酸锂电池报废量超过1万吨。锰酸锂电池的正极材料中含有大量的Li和Mn元素，如果对这些元素不进行安全有效的处理，将会对水体环境造成严重的污染问题。因此，实现各类电池材料的回收利用，不仅能节约企业生产成本，促进新能源行业的可持续发展，还能减轻废旧电池材料对环境的污染。

目前，有许多企业都具有电池回收的能力，但是还有许多问题急需解决。锰酸锂电池的比容量和倍率性能差，而钠离子电池具有比容量高，成本低等特点。但是钠离子电池的正极材料也具有导电性能差等不足。

因此，亟需提供一种钠离子电池正极材料及其制备方法，不仅能够实现锰酸锂电池的循环利用，还能改善钠离子电池正极材料性能不足的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用，该钠离子电池正极材料的比容量高，循环性能优异。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钠离子电池正极材料，其化学式为Na_0.67Mn_aZr_bF_cO₂，其中0a1，0b1，0c1，a+b+c＝1。

一种钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将电池粉进行酸浸，加入还原剂反应，再加碱液调节pH，沉淀反应，过滤，得到沉淀物和滤液；

(2)将高锰酸钾加入所述滤液中，进行一次沉淀反应，固液分离，得到二氧化锰和滤液，调节滤液pH，并通入二氧化碳，进行二次沉淀反应，固液分离，得到碳酸锂和含氟溶液；

(3)将钠源、锆盐和络合剂加入到所述含氟溶液中，反应，烧结，得到Na_0.67Zr_aF_bO₂前驱体；

(4)将所述Na_0.67Zr_aF_bO₂前驱体和步骤(2)所述二氧化锰混合，进行煅烧，得到钠离子电池正极材料Na_0.67Mn_aZr_bF_cO₂。

优选地，步骤(1)中，所述电池粉是由废旧的锰酸锂经过放电、破碎、高温煅烧和筛分，即得。

进一步优选地，所述放电是在饱和的氯化钠溶液中进行放电处理。

进一步优选地，所述煅烧的温度为600～900℃，煅烧的时间为2～6h。