一种正极材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及一种正极材料及其制备方法和应用，属于二次电池技术领域。


背景技术：

2.钠离子电池作为新型的动力电池，因具有低成本以及高能量密度等优点而备受关注。同时，随着锂资源的匮乏，锂源的价格不断攀升，推动了动力电池向钠离子电池的发展。目前，富钠层状氧化物作为正极材料广泛应用于钠离子电池中。
3.富钠层状氧化物主要包括钠、锰、铁、镍以及掺杂元素(第四类过渡金属)。现有技术中主要通过对包括钠源、锰源、铁源以及掺杂元素源的原料体系进行一步煅烧处理制备富钠层状氧化物。研究发现，通过一步煅烧处理得到的富钠层状氧化物中，na容易存在于富钠层状氧化物的表面，使得富钠层状氧化物的表面残碱含量较高，不利于电池的循环性能；并且由于na存在于富钠层状氧化物的表面，而不是体相之内，因此该富钠层状氧化物的堆积因子较小，导致包括该富钠层状氧化物的电池的容量较差。


技术实现要素：

4.本发明提供一种正极材料，该正极材料具有较高的堆积因子，因此其具有更完整的晶胞结构以及形貌，包括该正极材料的电池具有优异的循环性能以及容量。
5.本发明提供一种正极材料的制备方法，该制备方法能够制备出上述的正极材料，并且制备工艺简单，适用于广泛推广应用。
6.本发明提供一种电池，该电池包括上述的正极材料，因此具有优异的循环性能、放电克容量。
7.本发明提供一种正极材料，其中，所述正极材料为式1所示的o3相层状氧化物；
8.na
x
niafebmncmdoe式1
9.式1中，m为掺杂元素；
10.0.9＜x≤1.25，0.11≤a≤0.33，0.22≤b≤0.33，0.33≤c≤0.66，0≤d≤0.33，1.8≤e≤2.2，a+b+c+d＝1；
11.所述正极材料的堆积因子为0.67-0.72。
12.如上所述的正极材料，其中，所述正极材料的表面碳酸根含量为100-20000ppm。
13.如上所述的正极材料，其中，0.11≤d≤0.33。
14.如上所述的正极材料，其中，在5mpa下，所述正极材料的压实密度为3.2～3.8g/cm3。
15.如上所述的正极材料，其中，所述正极材料的堆积因子为0.68-0.69。
16.本发明提供一种如上所述的正极材料的制备方法，其中，包括以下步骤：
17.对包括原料源的第一原料体系进行第一煅烧处理，得到第一中间正极材料；所述原料源包括钠源、镍源、铁源、锰源以及m源，并且i
na
≤i
na理论
、i
ni
≤i
ni理论
、i
fe
≤i
fe理论
、i
mn
≤i
mn理论
、im≤i
m理论
；
18.获取所述第一中间正极材料的实际堆积因子pf
实际
，以及第一中间正极材料中na的实际摩尔百分含量i
na实际
、ni的实际摩尔百分含量i
ni实际
、fe的实际摩尔百分含量i
fe实际
、mn的实际摩尔百分含量i
mn实际
、m的实际摩尔百分含量i
m实际
；
19.确定第一中间正极材料的pf
实际
和正极材料的理论堆积因子pf
理论
是否满足第一预期关系，确定第一中间正极材料的i
na实际
、i
ni实际
、i
fe实际
、i
mn实际
、i
m实际
和i
na理论
、i
ni理论
、i
fe理论
、i
mn理论
、i
m理论
是否满足第二预期关系；
20.若满足所述第一预期关系和第二预期关系，所述第一中间正极材料为所述正极材料；
21.其中，i
na
为所述第一原料体系中na的摩尔百分含量；i
ni
为所述第一原料体系中ni的摩尔百分含量；i
fe
为所述第一原料体系中fe的摩尔百分含量；i
mn
为所述第一原料体系中mn的摩尔百分含量；im为所述第一原料体系中m的摩尔百分含量；i
na理论
为所述正极材料中na的理论摩尔百分含量；i
ni理论
为所述正极材料中ni的理论摩尔百分含量；i
fe理论
为所述正极材料中fe的理论摩尔百分含量；i
mn理论
为所述正极材料中mn的理论摩尔百分含量；i
m理论
为所述正极材料中m的理论摩尔百分含量；
22.所述第一预期关系为：∣pf
实际-pf
理论
∣＜0.001；
23.所述第二预期关系为：∣i
na实际-i
na理论
∣＜0.02、∣i
ni实际-i
ni理论
∣＜0.02、∣i
fe实际-i
fe理论
∣＜0.02、∣i
mn实际-i
mn理论
∣＜0.02且∣i
m实际-i
m理论
∣＜0.02。
24.如上所述的制备方法，其中，若满足第三预期关系：∣pf
实际-pf
理论
∣≥0.001；和/或，满足第四预期关系：∣i
na实际-i
na理论
∣≥0.02、∣i
ni实际-i
ni理论
∣≥0.02、∣i
fe实际-i
fe理论
∣≥0.02、∣i
mn实际-i
mn理论
∣≥0.02或∣i
m实际-i
m理论
∣≥0.02，包括：
25.1)向所述第一中间正极材料中补加所述钠源、镍源、铁源、锰源以及m源中的至少一种，进行第二煅烧处理，得到第二中间正极材料；
26.其中，若∣pf
实际-pf
理论
∣≥0.001，则向所述第一中间正极材料中添加钠源；和/或，
27.若∣i
na实际-i
n理论
∣≥0.02，则向所述第一中间正极材料中添加钠源；和/或，
28.若∣i
ni实际-i
ni理论
∣≥0.02，则向所述第一中间正极材料中添加镍源；和/或，
29.若∣i
fe实际-i
fe理论
∣≥0.02，则向所述第一中间正极材料中添加铁源；和/或，
30.若∣i
mn实际-i
mn理论
∣≥0.02，则向所述第一中间正极材料中添加锰源；和/或，若∣i
m实际-i
m理论
∣≥0.02，则向所述第一中间正极材料中添加m源；
31.2)获取所述第二中间正极材料的pf
实际
，以及第二中间正极材料的i
na实际
、i
ni实际
、i
fe实际
、i
mn实际
、i
m实际
，
32.3)确定第二中间正极材料的pf
实际
与pf
理论
是否满足第一预期关系，确定第二中间正极材料的i
na实际
、i
ni实际
、i
fe实际
、i
mn实际
、i
m实际
和i
na理论
、i
ni理论
、i
fe理论
、i
mn理论
、i
m理论
是否满足第二预期关系；
33.4)循环步骤1)-3)0-n次直至满足所述第一预期关系和所述第二预期关系，得到所述正极材料，n≥1。
34.如上所述的制备方法，其中，包括以下步骤：
35.对包括原料源的第一原料体系进行第一煅烧处理，得到第一中间正极材料；所述原料源包括钠源、镍源、铁源、锰源以及m源，并且i
na
为0.78-0.9、i
ni
＝i
ni理论
、i
fe
＝i
fe理论
、i
mn
＝i
mn理论
、im＝i
m理论
；
36.向所述第一中间正极材料中添加钠源，得到第二原料体系，对所述第二原料体系进行第二煅烧处理，得到所述正极材料。
37.如上所述的制备方法，其中，所述第二原料体系中，钠源中na的摩尔百分含量与第一中间正极材料中na的摩尔百分含量之比为(0.05-0.2)：1。
38.如上所述的制备方法，其中，煅烧处理中，温度为800-1000℃，升温速率为1-5℃/min，时间为10-15h；
39.所述煅烧处理为第一煅烧处理和/或第二煅烧处理。
40.本发明提供一种电池，其中，包括如上所述的正极材料。
41.本发明的正极材料具有较高的堆积因子，其具有更完整的晶胞结构以及形貌，包括该正极材料的电池具有优异的循环性能以及容量。
42.本发明的正极材料的制备方法，该制备方法能够制备出上述的复合正极材料，并且该制备方法操作简单，适用于广泛推广应用。
43.本发明的电池，由于包括上述的正极材料，因此具有优异的循环性能以及放电克容量。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面对本发明实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
45.图1为本发明中正极材料的堆积因子与放电克容量的曲线图；
46.图2为本发明实施例1中第一中间正极材料以及第二中间正极材料的xrd图。
具体实施方式
47.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.本发明的第一方面提供正极材料，其中，正极材料为式1所示的o3相层状氧化物；
49.na
x
niafebmncmdoe式1
50.式1中，m为掺杂元素；
51.0.9＜x≤1.25，0.11≤a≤0.33，0.22≤b≤0.33，0.33≤c≤0.66，0≤d≤0.33，1.8≤e≤2.2，a+b+c+d＝1；
52.正极材料的堆积因子为0.67-0.72。
53.本发明中，o3相层状氧化物指的是该正极材料为在xrd图中具有o3相层状晶相结构的氧化物。本发明的正极材料至少包括钠元素、镍元素、铁元素以及锰元素，还可以包括掺杂元素，掺杂元素可以为本领域常用的掺杂元素，示例性地，掺杂元素m可以为cu、zn、zr、ti、ta、nb、ti、sb、al、mg、k、li、b、p、s、f和se中的至少一种。
54.本发明中，堆积因子指的是晶胞中离子本身所占的体积百分数，即晶胞中所包含
的离子的体积与晶胞体积的比值。本发明的堆积因子可以通过式2计算得到。
55.pf＝∑n*v
离子体积
/v
晶胞体积
ꢀꢀꢀꢀ
式2
56.式1中，pf为堆积因子；
[0057]v离子体积
为晶胞中离子的体积；
[0058]v晶胞体积
为晶胞体积；
[0059]
n为离子个数。
[0060]
其中，v
离子体积
可以根据v＝(4/3)πr3得到，r为离子半径，离子半径可以通过查阅技术资料获得，示例性地，na
+
的离子半径为ni
2+
的离子半径为的离子半径为mn
4+
的离子半径为fe
3+
的离子半径为o
2-的离子半径为的离子半径为cu
2+
的离子半径为zn
2+
的离子半径为
[0061]v晶胞体积
可以通过正极材料的xrd谱图的rietveld法精修得到。
[0062]
本领域公知，无缺陷的o3相层状氧化物具有3个na
+
，6个o
2-，3个其他金属离子(包括ni
2+
、fe
3+
、mn
4+
以及m离子)，考虑到正极材料的晶相会存在缺陷，正极材料中na
+
的个数为3*na元素的实际摩尔百分含量、ni
2+
的个数为3*ni元素的实际摩尔百分含量、fe
3+
的个数为3*fe元素的实际摩尔百分含量、mn
4+
的个数为3*mn元素的实际摩尔百分含量、m离子的个数为3*m元素的实际摩尔百分含量、o
2-的个数为6。
[0063]
本发明对正极材料的形貌不做特别限定，其形貌可以为不规则或类球状的单晶颗粒，也可以为一次颗粒团聚后形成的二次颗粒。
[0064]
图1为本发明中正极材料的堆积因子与放电克容量的曲线图。从图1可以看出，正极材料的堆积因子与正极材料的放电克容量呈正相关，所以可以理解，正极材料的堆积因子越高，其放电克容量越高；然而实际应用中，几乎很难将正极材料的堆积因子做到无限高，并且堆积因子越高，其制备工艺越复杂，可实施性较差，不利于正极材料的推广应用。
[0065]
本发明的正极材料的堆积因子为0.67-0.72，该正极材料在应用于电池时，可以提高电池的放电克容量；同时由于该正极材料的堆积因子高，说明正极材料中的na更多的存在于正极材料的体相之内，而不是正极材料的表面，所以正极材料的表面残碱含量较低，该正极材料在应用于电池时，在电池的循环过程中不容易产气，有助于提高电池的循环性能。并且，该正极材料具有优异的可实施性。
[0066]
本发明中，可以使用正极材料的表面碳酸根含量表示正极材料的表面残碱含量。在本发明的一些实施方式中，当正极材料的表面碳酸根含量为100-20000ppm时，该正极材料在电池的循环过程中更不容易产气，有助于进一步提高电池的循环性能。本发明可以使用电位滴定法测试正极材料的表面碳酸根含量。
[0067]
可以理解，掺杂元素的含量对正极材料的性能也会产生较大的影响，当正极材料包含掺杂元素时，可以对掺杂元素的含量进行进一步地选择，以期进一步提高正极材料的综合性能。在本发明的一些实施方式中，当0.11≤d≤0.33时，该正极材料具有更为优异的放电克容量以及表面残碱含量。
[0068]
由于本发明的正极材料具有较高的堆积因子，该正极材料的内部空位和原子堆积的间隙较少，因此具有较高的压实密度。在本发明的一些实施方式中，在5mpa下，正极材料的压实密度为3.2～3.8g/cm3时，该正极材料具有更高的放电克容量。
[0069]
进一步地，正极材料的堆积因子为0.68-0.69时，能够在保证正极材料综合性能的情况下，简化制备工艺，提高正极材料的可实施性。
[0070]
本发明的第二方面提供一种上述的正极材料的制备方法，其中，包括以下步骤：
[0071]
对包括原料源的第一原料体系进行第一煅烧处理，得到第一中间正极材料；原料源包括钠源、镍源、铁源、锰源以及m源，并且i
na
≤i
na理论
、i
ni
≤i
ni理论
、i
fe
≤i
fe理论
、i
mn
≤i
mn理论
、im≤i
m理论
；
[0072]
获取第一中间正极材料的实际堆积因子pf
实际
，以及第一中间正极材料中na的实际摩尔百分含量i
na实际
、ni的实际摩尔百分含量i
ni实际
、fe的实际摩尔百分含量i
fe实际
、mn的实际摩尔百分含量i
mn实际
、m的实际摩尔百分含量i
m实际
；
[0073]
确定第一中间正极材料的pf
实际
和正极材料的理论堆积因子pf
理论
是否满足第一预期关系，确定第一中间正极材料的i
na实际1
、i
ni实际1
、i
fe实际1
、i
mn实际1
、i
m实际1
和i
na理论
、i
ni理论
、i
fe理论
、i
mn理论
、i
m理论
是否满足第二预期关系；
[0074]
若满足第一预期关系和第二预期关系，第一中间正极材料为正极材料；
[0075]
其中，i
na
为第一原料体系中na的摩尔百分含量；i
ni
为第一原料体系中ni的摩尔百分含量；i
fe
为第一原料体系中fe的摩尔百分含量；i
mn
为第一原料体系中mn的摩尔百分含量；im为第一原料体系中m的摩尔百分含量；i
na理论
为正极材料中na的理论摩尔百分含量；i
ni理论
为正极材料中ni的理论摩尔百分含量；i
fe理论
为正极材料中fe的理论摩尔百分含量；i
mn理论
为正极材料中mn的理论摩尔百分含量；i
m理论
为正极材料中m的理论摩尔百分含量；
[0076]
第一预期关系为：∣pf
实际-pf
理论
∣＜0.001；
[0077]
第二预期关系为：∣i
na实际-i
na理论
∣＜0.02、∣i
ni实际-i
ni理论
∣＜0.02、∣i
fe实际-i
fe理论
∣＜0.02、∣i
mn实际-i
mn理论
∣＜0.02且∣i
m实际-i
m理论
∣＜0.02。
[0078]
具体地，根据预期获得的正极材料中各元素的摩尔百分含量比，模拟获得该正极材料的理论堆积因子；
[0079]
根据预期获得的正极材料中各元素的摩尔百分含量，配制包括钠源、铁源、锰源以及m源的第一原料体系，并且为了节约原料，避免浪费，第一原料体系中，na、fe、mn以及m的摩尔百分含量皆小于等于预期获得的正极材料中na、fe、mn以及m的摩尔百分含量；
[0080]
对第一原料体系进行第一煅烧处理，获得第一中间正极材料的实际堆积因子，以及第一中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量；
[0081]
将第一中间正极材料的实际堆积因子与理论堆积因子进行比较，将第一中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量与预期获得的正极材料中各元素的摩尔百分含量进行比较；
[0082]
若第一中间正极材料的实际堆积因子与理论堆积因子满足第一预期关系，证明第一中间正极材料的实际堆积因子符合预期获得的堆积因子；且第一中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量与预期获得的正极材料中各元素的摩尔百分含量满足第二预期关系，则证明第一中间正极材料中各元素的摩尔百分含量复合预期获得的正极材料中各元素的摩尔百分含量，说明第一中间正极材料为预期获得的正极材料。
[0083]
本发明中，可以对第一中间正极材料进行xrd测试，获取第一中间正极材料的xrd图谱，对第一中间正极材料的xrd图谱进行rietveld法精修，获得第一中间正极材料的晶胞体积，然后根据式2获得第一中间正极的实际堆积因子。
[0084]
本发明中，可以对第一中间正极材料进行icp测试，获得第一中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量。
[0085]
本发明对钠源不做特别限定，只要能够提供钠元素即可，示例性地，钠源可以为碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠中的一种或多种；本发明对镍源不做特别限定，只要可以提供镍元素即可，示例性地，镍源可以为氧化镍、硝酸镍和乙酸镍中的一种或多种；本发明对铁源不做特别限定，只要可以提供铁元素即可，示例性地，铁源可以为四氧化三锰、硝酸铁和氧化铁中的一种或多种；本发明对锰源不做特别限定，只要可以提供锰元素即可，示例性地，锰源可以为碳酸锰、乙酸锰、三氧化二锰和四氧化三锰中的一种或多种。
[0086]
本发明中，m源可以选自cu源、zn源、zr源、ta源、nb源、ti源、sb源、al源、mg源、li源、k源、p源、s源、f源、b源以及se源中的一种或多种。当m源为cu源时，cu源可以为氧化铜、硫酸铜和硝酸铜中的一种或多种；当m源为zn源时，zn源可以为氧化锌、硫酸锌和硝酸锌中的一种或多种；当m源为zr源时，zr源可以为zro2；当m源为ta源时，ta源可以为ta2o5；当m源为nb源时，nb源可以为nb2o5；当m源为ti源时，ti源可以为tio2；当m源为sb源时，sb源可以为sb2o3和sb2o5中的一种或多种；当m源为al源时，al源可以为al2o3和al(oh)3中的一种或多种；当m源为mg源时，mg源可以为mgo和mg(oh)2的一种或多种；当m源为li源时，li源可以为lioh、li2o和li2co3中的一种或多种；当m源为k源时，k源可以为koh和k2s的一种或多种；当m源为p源时，p源可以为nh4h2po4、li3po4、h3po4和fepo4的一种或多种；当m源为s源时，s源可以为na2s和k2s中的一种或多种；当m源为f源时，f源可以为naf、lif、kf和nh4f中的一种或多种；当m源为b源时，b源可以为h3bo3和b2o3中的一种或多种；当m源为se源时，se源可以为se和seo2中的一种或多种。
[0087]
本发明的制备方法，可以在节约原料的情况下，制备出与预期获得的正极材料具有相同的晶相结构的正极材料，该制备方法制备成本低，适用于广泛推广应用。
[0088]
在本发明的一些实施方式中，若满足第三预期关系：∣pf
实际-pf
理论
∣≥0.001；和/或，满足第四预期关系：∣i
na实际-i
na理论
∣≥0.02、∣i
ni实际-i
ni理论
∣≥0.02、∣i
fe实际-i
fe理论
∣≥0.02、∣i
mn实际-i
mn理论
∣≥0.02或∣i
m实际-i
m理论
∣≥0.02，包括：
[0089]
1)向第一中间正极材料中补加钠源、镍源、铁源、锰源以及m源中的至少一种，进行第二煅烧处理，得到第二中间正极材料；
[0090]
其中，若∣pf
实际-pf
理论
∣≥0.001，则向第一中间正极材料中添加钠源；和/或，
[0091]
若∣i
na实际-i
n理论
∣≥0.02，则向第一中间正极材料中添加钠源；和/或，
[0092]
若∣i
ni实际-i
ni理论
∣≥0.02，则向第一中间正极材料中添加镍源；和/或，
[0093]
若∣i
fe实际-i
fe理论
∣≥0.02，则向第一中间正极材料中添加铁源；和/或，
[0094]
若∣i
mn实际-i
mn理论
∣≥0.02，则向第一中间正极材料中添加锰源；和/或，若∣i
m实际-i
m理论
∣≥0.02，则向第一中间正极材料中添加m源；
[0095]
2)获取第二中间正极材料的pf
实际
，以及第二中间正极材料的i
na实际
、i
ni实际
、i
fe实际
、i
mn实际
、i
m实际
；
[0096]
3)确定第二中间正极材料的pf
实际
与pf
理论
是否满足第一预期关系，确定第二中间正极材料的i
na实际
、i
ni实际
、i
fe实际
、i
mn实际
、i
m实际
和i
na理论
、i
ni理论
、i
fe理论
、i
mn理论
、i
m理论
是否满足第二预期关系；
[0097]
4)循环步骤1)-3)0-n次直至满足第一预期关系和第二预期关系，得到正极材料。
[0098]
具体地，1)若满足第三预期关系和/或第四预期关系(不满足第一预期关系和第二预期关系)，证明所获得的第一中间正极材料与预期获得的正极材料差异较大。可以向第一中间正极材料中补加钠源、镍源、铁源、锰源以及m源中的至少一种，进行第二煅烧处理，得到第二中间正极材料；
[0099]
进一步地，若∣pf
实际-pf
理论
∣≥0.001，说明第一中间正极材料体相中的na元素不足，则需要向第一中间正极材料中添加钠源，以增加第一中间正极材料体相中的na，进而提高实际堆积因子；和/或，
[0100]
若∣i
na实际-i
na理论
∣≥0.02，说明与正极材料相比，第一中间正极材料中的na含量较低，则向第一中间正极材料中添加钠源，以增加第一中间正极材料中的na；和/或，
[0101]
若∣i
ni实际-i
ni理论
∣≥0.02，说明与正极材料相比，第一中间正极材料中的ni含量较低，则向第一中间正极材料中添加镍源，以增加第一中间正极材料中的ni；和/或，
[0102]
若∣i
fe实际-i
fe理论
∣≥0.02，说明与正极材料相比，第一中间正极材料中的fe含量较低，则向第一中间正极材料中添加铁源，以增加第一中间正极材料中的fe；和/或，
[0103]
若∣i
mn实际-i
mn理论
∣≥0.02，说明与正极材料相比，第一中间正极材料中的mn含量较低，则向第一中间正极材料中添加锰源，以增加第一中间正极材料中的mn；和/或，
[0104]
若∣i
m实际-i
m理论
∣≥0.02，说明与正极材料相比，第一中间正极材料中的m含量较低，则向第一中间正极材料中添加m源，以增加第一中间正极材料中的m；
[0105]
2)获取第二中间正极材料的实际堆积因子，以及第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量；
[0106]
3)确定第二中间正极材料的实际堆积因子与理论堆积因子是否满足第一预期关系，确定第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量与正极材料的预期摩尔百分含量是否满足第二预期关系，若分别满足第一预期关系以及第二预期关系，证明第二中间正极材料与预期获得正极材料具有相近的晶相结构以及相近的组成，因此第二中间正极材料为正极材料；
[0107]
4)若不符合第一预期关系以及第二预期关系(符合第三预期关系和/或第四预期关系)，则重复进行步骤1)-步骤3)，直至所获得的中间正极材料的实际堆积因子与理论堆积因子符合第一预期关系，所获得的中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量与正极材料的预期摩尔百分含量满足第二预期关系，获得正极材料。
[0108]
可以理解，本发明的制备方法中，当原料源中m源的含量为0时，则可以获得不含有掺杂元素的正极材料。
[0109]
在本发明的一些实施方式中，本发明的正极材料的制备方法可以包括以下步骤：
[0110]
对包括原料源的第一原料体系进行第一煅烧处理，得到第一中间正极材料；原料源包括钠源、镍源、铁源以、锰源以及m源，并且i
na
为0.78-0.9、i
ni
＝i
ni理论
、i
fe
＝i
fe理论
、i
mn
＝i
mn理论
、im＝i
m理论
；
[0111]
向第一中间正极材料中添加钠源，得到第二原料体系，对第二原料体系进行第二煅烧处理，得到正极材料。
[0112]
具体地，配制包括钠源、镍源、铁源、锰源以及m源的第一原料体系，使第一原料体系中，钠元素的摩尔百分含量为0.78-0.9，镍元素、铁元素以及锰元素的摩尔百分含量皆与预期获得的正极材料的镍元素、铁元素以及锰元素的摩尔百分含量相同，m元素的摩尔百分
含量≤预期获得的正极材料中m元素的摩尔百分含量；
[0113]
对第一原料体系进行第一煅烧处理，得到第一中间正极材料；
[0114]
获取第一中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量，以及第一中间正极材料的实际堆积因子；通常情况下，第一煅烧处理中，na元素很难完全进入第一中间正极材料的晶胞内部，而是较多的存在于晶胞的表面，因此所获得的第一中间正极材料的实际堆积因子与理论堆积因子差异较大，即第一中间正极材料的实际堆积因子满足∣pf
实际-pf
理论
∣≥0.001，并且通常情况第一煅烧处理中，钠元素的损失较大，因此第一中间正极材料中钠元素的摩尔百分含量远小于预期获得的正极材料的理论摩尔百分含量，即第一中间正极材料中钠元素的实际摩尔百分含量满足∣i
na实际-i
na理论
∣≥0.02；
[0115]
所以需要向第一中间正极材料中添加钠源，得到第二原料体系，并且对第二原料体系进行第二煅烧处理，以使更多的钠元素进入第二中间正极材料的晶胞之内，提高第二中间正极材料的实际堆积因子，从而获得与理论堆积因子接近的第二中间正极材料，并且通过第二中间煅烧处理，可以提高第二中间正极材料中钠元素的摩尔百分含量，得到与预期获得正极材料中钠元素的摩尔百分含量接近的第二中间正极材料，由于第二中间正极材料的实际堆积因子符合第一预期关系，并且各元素的实际摩尔百分含量符合第二预期关系，则第二中间正极材料为预期获得的正极材料。
[0116]
本发明通过对第一原料体系中na元素的摩尔百分含量进行特定的设计，可以通过两次煅烧处理获得正极材料，不仅使钠元素更多的存在于正极材料的晶胞之内，提高了正极材料的堆积因子，减少了正极材料表面的残碱含量；而且还可以避免钠元素的过多损失，提高了钠元素的元素利用率。同时还简化了操作步骤，节约了生产成本。
[0117]
进一步地，为了通过两步煅烧处理更准确的获得预期的正极材料，第二原料体系中，钠源中na的摩尔百分含量与第一中间正极材料中na的摩尔百分含量之比为(0.05-0.2)：1。
[0118]
本发明通过对第二原料体系中钠元素的摩尔百分含量进行特定的设计，能够通过两步煅烧处理更准确的获得预期的正极材料，并且在能够在提高钠元素的元素利用率的情况下，进一步使更多的钠元素进入正极材料的晶胞之内，提高正极材料的堆积因子，降低正极材料的表面残碱含量。
[0119]
本发明中，可以对煅烧处理(第一煅烧处理以及第二煅烧处理)的参数进行进一步地选择，以期在节约操作步骤的情况下，更快速的获得预期获得的正极材料。在本发明的一些实施方式中，煅烧处理中，温度为800-1000℃，升温速率为1-5℃/min，时间为10-15h；
[0120]
煅烧处理为第一煅烧处理和/或第二煅烧处理。
[0121]
本发明的第三方面提供一种电池，包括上述的正极材料。
[0122]
本发明中，可以使用上述的正极材料制备正极片，然后使用包含上述正极材料的正极片制备电池。
[0123]
在一些实施方式中，正极片的制备过程包括：将正极材料、导电剂、溶剂以及粘结剂进行混合处理，得到正极浆料，将正极浆料设置于正极集流体的至少一个功能表面，经干燥后得到包含正极活性层的正极片。
[0124]
本发明的电池，由于包括上述的正极材料，因此具有优异的放电克容量以及循环性能。在一些实施方式中，当正极材料的堆积因子为0.67-0.72时，该正极材料具有优异的
克容量，包括该正极材料的全电池在2-4.2v电压窗口下，以17mag-1
倍率进行充放电，可提供放电容量为100-140mahg-1
。
[0125]
以下，将结合具体的实施例对本发明的技术方案进行进一步的解释说明。
[0126]
实施例1
[0127]
本实施例的电池通过包括以下步骤的方法制备得到：
[0128]
1、正极材料的制备
[0129]
1)预期制备na
0.89
ni
0.33
fe
0.23
mn
0.44
o2，理论堆积因子pf
理论
为0.68352；
[0130]
将碳酸钠、氧化镍、四氧化三铁、四氧化三锰按照na：ni：fe：mn＝0.83：0.33：0.23：0.44元素摩尔比混合均匀，随后930℃煅烧12h，升温速率2℃/min，得到第一中间正极材料；
[0131]
对第一中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第一中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na:ni:fe:mn＝0.8013:0.32902:0.2302:0.44078，对第一中间正极材料进行xrd测试，第一中间正极材料的xrd图如图2所示；
[0132]
2)将第一中间正极材料与碳酸钠进行混合，得到第二原料体系，随后930℃对第二原料体系进行煅烧12h，升温速率2℃/min，得到第二中间正极材料；第二原料体系中，第一中间正极材料中na的摩尔百分含量与碳酸钠中na的摩尔百分含量之比为0.8013:0.0987；
[0133]
对第二中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na:ni:fe:mn＝0.8902:0.3285:0.2321:0.4394，第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量与正极材料中各元素的理论摩尔百分含量满足第二预期关系；对第二中间正极材料进行xrd测试，获取第二中间正极材料的xrd图谱，见图2；对第二中间正极材料的xrd图谱进行rietveld法精修得到第二中间正极材料的v
晶胞体积
为根据式2计算获得第二中间正极材料的pf
实际
为0.68410，第二中间正极材料的pf
实际
与pf
理论
满足第一预期关系，第二中间正极材料为预期获得的正极材料；
[0134]
通过carver4350压力机器使2g正极材料在5mpa下保持60s，获得正极材料的压实密度，测试结果见表1；
[0135]
将30g的正极材料分散搅拌于100ml水后得到溶液，取10ml溶液加水到60ml后，通过888自动电位滴定，测试正极材料的碳酸根含量，测试结果见表1。
[0136]
2、电池的制备
[0137]
将正极材料、导电剂super-p以及粘结剂pvdf按照质量比91:4.5:4.5混合，加入适量nmp溶液形成正极浆料，将正极浆料涂敷于铝箔的两个功能表面之上，干燥后于真空烘箱120℃烘烤12h，得到正极片；
[0138]
将硬碳、导电剂super-p以及粘结剂pvdf按照质量比93：2：5混合，得到负极浆料，将负极浆料涂敷于铜箔的两个功能表面之上，干燥后，得到负极片；
[0139]
将正极片、隔膜以及负极片进行层叠设置，得到电极组件，将电极组件置于外包装中，向外包装中注入电解液，得到电池；
[0140]
其中，电解液包括naclo4、ec以及emc，ec与emc的体积比为3:7，naclo4的浓度为1mol/l。
[0141]
使用恒流充放电模式，在0.1c下，于电压窗口1.5～4.3v进行首圈充放电测试，获取电池的放电克容量，测试结果见表1；
[0142]
以1c的倍率对电池进行循环充放电，获取循环500圈后电池的容量保持率，结果见
表1。
[0143]
实施例2
[0144]
本实施例的电池的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
[0145]
1、正极材料的制备
[0146]
1)预期制备na
0.95
ni
0.22
fe
0.27
mn
0.4
cu
0.11
o2，理论堆积因子pf
理论
为0.68352；
[0147]
将碳酸钠、氧化镍、四氧化三铁、四氧化三锰、氧化铜按照na：ni：fe：mn：cu＝0.83：0.22：0.27：0.4：0.11元素摩尔比混合均匀，随后950℃煅烧12h，升温速率2℃/min，得到第一中间正极材料；
[0148]
对第一中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第一中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na:ni:fe:mn:cu＝0.8287:0.22921:0.27502:0.42452:0.07125；
[0149]
2)将第一中间正极材料与碳酸钠以及氧化铜进行混合，得到第二原料体系，随后950℃对第二原料体系进行煅烧15h，升温速率2℃/min，得到第二中间正极材料；第二原料体系中，第一中间正极材料中na的摩尔百分含量、碳酸钠中na的摩尔百分含量与氧化铜中cu的摩尔百分含量之比为0.8013:0.0987:0.03875；
[0150]
对第二中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na：ni：fe：mn：cu＝0.9498:0.22012:0.27021:0.40012：0.10955，第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量与正极材料中各元素的理论摩尔百分含量满足第二预期关系；对第二中间正极材料进行xrd测试，获取第二中间正极材料的xrd图谱；对第二中间正极材料的xrd图谱进行rietveld法精修得到第二中间正极材料的v
晶胞体积
为根据式2计算获得第二中间正极材料的pf
实际
为0.68951，第二中间正极材料的pf
实际
与pf
理论
满足第一预期关系，第二中间正极材料为预期获得的正极材料。
[0151]
实施例3
[0152]
本实施例的电池的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
[0153]
1、正极材料的制备
[0154]
1)预期制备na
0.91
ni
0.22
fe
0.22
mn
0.4
cu
0.16
o2，理论堆积因子pf
理论
为0.6858；
[0155]
将碳酸钠、氧化镍、四氧化三铁、四氧化三锰、氧化铜按照na：ni：fe：mn：cu＝0.85：0.22：0.23：0.44：0.11元素摩尔比混合均匀，随后950℃煅烧12h，升温速率2℃/min，得到第一中间正极材料；
[0156]
对第一中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第一中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na:ni:fe:mn:cu＝0.8198:0.23011:0.23015:0.42452：0.11522；
[0157]
2)将第一中间正极材料与碳酸钠以及氧化铜进行混合，得到第二原料体系，随后950℃对第二原料体系进行煅烧15h，升温速率2℃/min，得到第二中间正极材料；第二原料体系中，第一中间正极材料中na的摩尔百分含量、碳酸钠中na的摩尔百分含量与氧化铜中cu的摩尔百分含量之比为0.8198:0.1002:0.04478；
[0158]
对第二中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na：ni：fe：mn：cu＝0.9112:0.21981:0.22101:0.40058：0.15810，第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量与正极材料中各元素的理论摩尔百分含量满足第二预期关系；对第二中间正极材料进行xrd测试，获取第二中间正极材料的xrd图谱；对第二中间正极材料的xrd图谱进行rietveld法精修得到第二中间正极材料的v
晶胞体积
为
根据式2计算获得第二中间正极材料的pf
实际
为0.68591，第二中间正极材料的pf
实际
与pf
理论
满足第一预期关系，第二中间正极材料为预期获得的正极材料。
[0159]
实施例4
[0160]
本实施例的电池的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
[0161]
1、正极材料的制备
[0162]
1)预期制备na
0.95
ni
0.22
fe
0.27
mn
0.4
zn
0.11
o2，理论堆积因子pf
理论
为0.68972；
[0163]
将碳酸钠、氧化镍、四氧化三铁、四氧化三锰、氧化锌按照na：ni：fe：mn：zn＝0.85：0.22：0.27：0.4：0.11元素摩尔比混合均匀，随后950℃煅烧12h，升温速率2℃/min，得到第一中间正极材料；
[0164]
对第一中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第一中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na:ni:fe:mn:zn＝0.8381:0.22521:0.27128:0.42097：0.08254；
[0165]
2)将第一中间正极材料与碳酸钠以及氧化锌进行混合，得到第二原料体系，随后950℃对第二原料体系进行煅烧15h，升温速率2℃/min，得到第二中间正极材料；第二原料体系中，第一中间正极材料中na的摩尔百分含量、碳酸钠中na的摩尔百分含量与氧化锌中zn的摩尔百分含量之比为0.8381:0.1219:0.02746；
[0166]
对第二中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na：ni：fe：mn：zn＝0.9501:0.22008:0.27015:0.40081：0.10896，第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量与正极材料中各元素的理论摩尔百分含量满足第二预期关系；对第二中间正极材料进行xrd测试，获取第二中间正极材料的xrd图谱；对第二中间正极材料的xrd图谱进行rietveld法精修得到第二中间正极材料的v
晶胞体积
为根据式2计算获得第二中间正极材料的pf
实际
为0.68971，第二中间正极材料的pf
实际
与pf
理论
满足第一预期关系，第二中间正极材料为预期获得的正极材料。
[0167]
实施例5
[0168]
本实施例的电池的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
[0169]
1、正极材料的制备
[0170]
1)预期制备na
0.91
ni
0.22
fe
0.22
mn
0.4
zn
0.16
o2，理论堆积因子pf
理论
为0.68525；
[0171]
将碳酸钠、氧化镍、四氧化三铁、四氧化三锰、氧化锌按照na：ni：fe：mn：zn＝0.85：0.22：0.23：0.44：0.11元素摩尔比混合均匀，随后950℃煅烧12h，升温速率2℃/min，得到第一中间正极材料；
[0172]
对第一中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第一中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na:ni:fe:mn:zn＝0.8201:0.23008:0.23115:0.4287：0.11007；
[0173]
2)将第一中间正极材料与碳酸钠以及氧化锌进行混合，得到第二原料体系，随后950℃对第二原料体系进行煅烧15h，升温速率2℃/min，得到第二中间正极材料；第二原料体系中，第一中间正极材料中na的摩尔百分含量、碳酸钠中na的摩尔百分含量与氧化锌中zn的摩尔百分含量之比为0.8201:0.0999:0.04993；
[0174]
对第二中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na：ni：fe：mn：zn＝0.9105:0.22002:0.22065:0.40087：0.15846，第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量与正极材料中各元素的理论摩尔百分含量满足第二预期关系；对第二中间正极材料进行xrd测试，获取第二中间正极材料的xrd图谱；对
第二中间正极材料的xrd图谱进行rietveld法精修得到第二中间正极材料的v
晶胞体积
为根据式2计算获得第二中间正极材料的pf
实际
为0.68610，第二中间正极材料的pf
实际
与pf
理论
满足第一预期关系，第二中间正极材料为预期获得的正极材料。
[0175]
实施例6
[0176]
本实施例的电池的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
[0177]
1、正极材料的制备
[0178]
1)预期制备na
0.95
ni
0.2
fe
0.2
mn
0.4
zn
0.11
cu
0.09
o2，理论堆积因子pf
理论
为0.68754；
[0179]
将碳酸钠、氧化镍、四氧化三铁、四氧化三锰、氧化锌、氧化铜按照na：ni：fe：mn：zn：cu＝0.85：0.2：0.2：0.4：0.11:0.09元素摩尔比混合均匀，随后950℃煅烧12h，升温速率2℃/min，得到第一中间正极材料；
[0180]
对第一中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第一中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na:ni:fe:mn:zn：cu＝0.8121:0.22156:0.22451:0.42987：0.0721:0.05196；
[0181]
2)将第一中间正极材料与碳酸钠、氧化铜以及氧化锌进行混合，得到第二原料体系，随后950℃对第二原料体系进行煅烧15h，升温速率2℃/min，得到第二中间正极材料；第二原料体系中，第一中间正极材料中na的摩尔百分含量、碳酸钠中na的摩尔百分含量、氧化锌中zn的摩尔百分含量、氧化铜中cu的摩尔百分含量之比为0.8121:0.1479:0.0379:0.03804；
[0182]
对第二中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na：ni：fe：mn：zn：cu＝0.94213:0.20031:0.2081:0.40486：0.10412:0.08261，第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量与正极材料中各元素的理论摩尔百分含量满足第二预期关系；对第二中间正极材料进行xrd测试，获取第二中间正极材料的xrd图谱；对第二中间正极材料的xrd图谱进行rietveld法精修得到第二中间正极材料的v
晶胞体积
为根据式2计算获得第二中间正极材料的pf
实际
为0.68670，第二中间正极材料的pf
实际
与pf
理论
满足第一预期关系，第二中间正极材料为预期获得的正极材料。
[0183]
实施例7
[0184]
本实施例的电池的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
[0185]
1、正极材料的制备
[0186]
1)预期制备na
0.91
ni
0.18
fe
0.18
mn
0.4
zn
0.12
cu
0.12
o2，理论堆积因子pf
理论
为0.68243；
[0187]
将碳酸钠、氧化镍、四氧化三铁、四氧化三锰、氧化锌、氧化铜按照na：ni：fe：mn：zn：cu＝0.85：0.18：0.18：0.4：0.12:0.12元素摩尔比混合均匀，随后950℃煅烧12h，升温速率2℃/min，得到第一中间正极材料；
[0188]
对第一中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第一中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na:ni:fe:mn:zn：cu＝0.8098:0.20451:0.20518:0.42111：0.08546:0.08374；
[0189]
2)将第一中间正极材料与碳酸钠、氧化铜以及氧化锌进行混合，得到第二原料体系，随后950℃对第二原料体系进行煅烧15h，升温速率2℃/min，得到第二中间正极材料；第二原料体系中，第一中间正极材料中na的摩尔百分含量、碳酸钠中na的摩尔百分含量、氧化锌中zn的摩尔百分含量、氧化铜中cu的摩尔百分含量之比为0.8098:0.1102:0.03454:
0.03626；
[0190]
对第二中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na：ni：fe：mn：zn:cu＝0.9085:0.18211:0.18712:0.40957：0.11412:0.10708，第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量与正极材料中各元素的理论摩尔百分含量满足第二预期关系；对第二中间正极材料进行xrd测试，获取第二中间正极材料的xrd图谱；对第二中间正极材料的xrd图谱进行rietveld法精修得到第二中间正极材料的v
晶胞体积
为根据式2计算获得第二中间正极材料的pf
实际
为0.68236，第二中间正极材料的pf
实际
与pf
理论
满足第一预期关系，第二中间正极材料为预期获得的正极材料。
[0191]
对比例1
[0192]
本对比例的电池的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
[0193]
1、正极材料的制备
[0194]
1)预期制备na
0.89
ni
0.33
fe
0.23
mn
0.44
o2；
[0195]
将碳酸钠、氧化镍、四氧化三铁、四氧化三锰按照na：ni：fe：mn＝0.96：0.33：0.23：0.44元素摩尔比混合均匀，随后930℃煅烧12h，升温速率2℃/min，得到第一中间正极材料；
[0196]
对第一中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第一中间正极材料中各金属元素的实际摩尔比为na:ni:fe:mn＝0.8245:0.32813:0.2331:0.44061；
[0197]
2)将第一中间正极材料与碳酸钠进行混合，得到第二原料体系，随后930℃对第二原料体系进行煅烧12h，升温速率2℃/min，得到第二中间正极材料；第二原料体系中，第一中间正极材料中na的摩尔百分含量，碳酸钠中na的摩尔百分含量之比为0.8213:0.0655；
[0198]
对第二中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na:ni:fe:mn＝0.8923:0.3279:0.2302:0.4419，第二中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量与正极材料中各元素的理论摩尔百分含量满足第二预期关系，第二中间正极材料为正极材料。
[0199]
对比例2
[0200]
本对比例的电池的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
[0201]
1、正极材料的制备
[0202]
1)预期制备na
0.89
ni
0.33
fe
0.23
mn
0.44
o2，理论堆积因子pf
理论
为0.68352；
[0203]
将碳酸钠、氧化镍、四氧化三铁、四氧化三锰按照na：ni：fe：mn＝0.89：0.33：0.23：0.44元素摩尔比混合均匀，随后680℃煅烧12h，升温速率2℃/min，得到第一中间正极材料；
[0204]
对第一中间正极材料进行消解，进行icp测试，得到第一中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量为na:ni:fe:mn＝0.8891:0.33012:0.22912:0.44076,第一中间正极材料中各元素的实际摩尔百分含量与正极材料的理论摩尔百分含量复合第二预期关系，第一中间正极材料为正极材料。
[0205]
表1
[0206][0207][0208]
从表1可以看出，本发明实施例中的电池兼具优异的循环性能以及放电克容量。
[0209]
进一步地，从实施例和对比例1可以看出，虽然对比例1通过两次煅烧处理可以获得预期元素组成的正极材料，但是对比例1中第一煅烧处理过程中，钠元素的摩尔百分含量过量，因此钠元素的元素利用率较低，不利于节约成本；并且，可以看出本技术实施例中的正极材料比对比例1中的正极材料表面残碱含量低，实施例的电池比对比例1的电池的放电克容量高且容量保持率优异，说明考虑堆积因子制备的正极材料具有更优异的综合性能；
[0210]
从实施例和对比例2可以看出，实施例中的正极材料比对比例2中的正极材料表面残碱含量低，实施例的电池比对比例2的电池的放电克容量高且容量保持率优异。说明虽然对比例2通过一次煅烧处理可以获得预期元素组成的正极材料，但是一次煅烧处理获得的正极材料，钠元素更多的存在于正极材料的表面(表面残碱含量高)，而不是存在于正极材料的晶胞之内，因此不利于电池的容量保持率以及放电克容量。
[0211]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料为式1所示的o3相层状氧化物；na
x
ni
a
fe
b
mn
c
m
d
o
e
式1式1中，m为掺杂元素；0.9＜x≤1.25，0.11≤a≤0.33，0.22≤b≤0.33，0.33≤c≤0.66，0≤d≤0.33，1.8≤e≤2.2，a+b+c+d＝1；所述正极材料的堆积因子为0.67-0.72。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的表面碳酸根含量为100-20000ppm。3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，0.11≤d≤0.33。4.根据权利要求1-3任一项所述的正极材料，其特征在于，在5mpa下，所述正极材料的压实密度为3.2～3.8g/cm3。5.根据权利要求1-4任一项所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的堆积因子为0.68-0.69。6.一种权利要求1-5任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对包括原料源的第一原料体系进行第一煅烧处理，得到第一中间正极材料；所述原料源包括钠源、镍源、铁源、锰源以及m源，并且i
na
≤i
na理论
、i
ni
≤i
ni理论
、i
fe
≤i
fe理论
、i
mn
≤i
mn理论
、i
m
≤i
m理论
；获取所述第一中间正极材料的实际堆积因子pf
实际
，以及第一中间正极材料中na的实际摩尔百分含量i
na实际
、ni的实际摩尔百分含量i
ni实际
、fe的实际摩尔百分含量i
fe实际
、mn的实际摩尔百分含量i
mn实际
、m的实际摩尔百分含量i
m实际
；确定第一中间正极材料的pf
实际
和正极材料的理论堆积因子pf
理论
是否满足第一预期关系，确定第一中间正极材料的i
na实际
、i
ni实际
、i
fe实际
、i
mn实际
、i
m实际
和i
na理论
、i
ni理论
、i
fe理论
、i
mn理论
、i
m理论
是否满足第二预期关系；若满足所述第一预期关系和第二预期关系，所述第一中间正极材料为所述正极材料；其中，i
na
为所述第一原料体系中na的摩尔百分含量；i
ni
为所述第一原料体系中ni的摩尔百分含量；i
fe
为所述第一原料体系中fe的摩尔百分含量；i
mn
为所述第一原料体系中mn的摩尔百分含量；i
m
为所述第一原料体系中m的摩尔百分含量；i
na理论
为所述正极材料中na的理论摩尔百分含量；i
ni理论
为所述正极材料中ni的理论摩尔百分含量；i
fe理论
为所述正极材料中fe的理论摩尔百分含量；i
mn理论
为所述正极材料中mn的理论摩尔百分含量；i
m理论
为所述正极材料中m的理论摩尔百分含量；所述第一预期关系为：∣pf
实际-pf
理论
∣＜0.001；所述第二预期关系为：∣i
na实际-i
na理论
∣＜0.02、∣i
ni实际-i
ni理论
∣＜0.02、∣i
fe实际-i
fe理论
∣＜0.02、∣i
mn实际-i
mn理论
∣＜0.02且∣i
m实际-i
m理论
∣＜0.02。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，若满足第三预期关系：∣pf
实际-pf
理论
∣≥0.001；和/或，满足第四预期关系：∣i
na实际-i
na理论
∣≥0.02、∣i
ni实际-i
ni理论
∣≥0.02、∣i
fe实际-i
fe理论
∣≥0.02、∣i
mn实际-i
mn理论
∣≥0.02或∣i
m实际-i
m理论
∣≥0.02，包括：1)向所述第一中间正极材料中补加所述钠源、镍源、铁源、锰源以及m源中的至少一种，进行第二煅烧处理，得到第二中间正极材料；其中，若∣pf
实际-pf
理论
∣≥0.001，则向所述第一中间正极材料中添加钠源；和/或，
若∣i
na实际-i
n理论
∣≥0.02，则向所述第一中间正极材料中添加钠源；和/或，若∣i
ni实际-i
ni理论
∣≥0.02，则向所述第一中间正极材料中添加镍源；和/或，若∣i
fe实际-i
fe理论
∣≥0.02，则向所述第一中间正极材料中添加铁源；和/或，若∣i
mn实际-i
mn理论
∣≥0.02，则向所述第一中间正极材料中添加锰源；和/或，若∣i
m实际-i
m理论
∣≥0.02，则向所述第一中间正极材料中添加m源；2)获取所述第二中间正极材料的pf
实际
，以及第二中间正极材料的i
na实际
、i
ni实际
、i
fe实际
、i
mn实际
、i
m实际
；3)确定第二中间正极材料的pf
实际
与pf
理论
是否满足第一预期关系，确定第二中间正极材料的i
na实际
、i
ni实际
、i
fe实际
、i
mn实际
、i
m实际
和i
na理论
、i
ni理论
、i
fe理论
、i
mn理论
、i
m理论
是否满足第二预期关系；4)循环步骤1)-3)0-n次直至满足所述第一预期关系和所述第二预期关系，得到所述正极材料，n≥1。8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对包括原料源的第一原料体系进行第一煅烧处理，得到第一中间正极材料；所述原料源包括钠源、镍源、铁源、锰源以及m源，并且i
na
为0.78-0.9、i
ni
＝i
ni理论
、i
fe
＝i
fe理论
、i
mn
＝i
mn理论
、i
m
＝i
m理论
；向所述第一中间正极材料中添加钠源，得到第二原料体系，对所述第二原料体系进行第二煅烧处理，得到所述正极材料。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第二原料体系中，钠源中na的摩尔百分含量与第一中间正极材料中na的摩尔百分含量之比为(0.05-0.2)：1。10.根据权利要求6-9任一项所述的制备方法，其特征在于，煅烧处理中，温度为800-1000℃，升温速率为1-5℃/min，时间为10-15h；所述煅烧处理为第一煅烧处理和/或第二煅烧处理。11.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的正极材料。

技术总结
本发明提供一种正极材料及其制备方法和应用。正极材料为式1所示的O3相层状氧化物；Na


技术研发人员：薛志高 武增雪 孙伟丽 王尊志 刘瑞 李琮熙 白厚善
受保护的技术使用者：宁波容百新能源科技股份有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/20