CN110474039B - 一种钠离子电池正极材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钠离子电池正极材料及其制备方法与应用。通过在溶胶凝胶法制备O3‑NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2的基础上掺入有机钛盐中的钛元素，改善O3‑NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2电化学性能，利用有机钛盐在有机溶剂中稀释后的溶液易与柠檬酸水溶液中的柠檬酸发生络合形成溶液的特点得到掺杂后的O3‑Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]1‑ xTixO2黑色粉末。这种方法的主要优势在于克服了Ti4+易与水生成TiO2沉淀导致Ti4+无法正常形成水溶液的缺点，使得钛元素能够均匀地引入到NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2材料中。与NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2相比，Ti掺杂能有效抑制材料中NiO杂相的产生，起到纯化晶格的作用，有效地提高材料的循环稳定性，从而表现出更加优异的电化学性能。

Description

一种钠离子电池正极材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于新能源电池领域，具体涉及一种掺杂改善钠离子电池正极材料 O3-NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2及其制备方法与应用。
背景技术
锂离子电池因具有能量密度高、循环稳定性好、寿命长、环保及安全性好等优点而被广泛应用在便携式电子设备、储能站及电动汽车等领域。自1991年后Sony公司成功将锂离子电池投入市场后，锂离子电池商业化规模不断扩大，电化学性能进一步提升，在进三十年内锂离子电池经历了飞速发展，并渗透到我们生活的方方面面，成为不可或缺的动力来源。
然而，锂资源的短缺和锂盐价格不断走高限制了锂离子电池在电动汽车和大规模储能领域的进一步发展。具有类似工作原理的钠离子电池被认为是有希望取代锂离子电池的新一代二次电池技术，与锂离子电池相比，钠离子电池在资源储量和成本上具有天然的优势 (碳酸钠200美元/吨，碳酸锂5000美元/吨)，特别是在大规模储能电站上，钠离子电池的使用能极大地缓解锂资源短缺带来的压力。
在钠离子电池的各种正极材料中，层状过渡金属氧化物(NaxMO2，M为一种或多种过渡金属)因其电化学活性高、容量大而被广泛地认为非常具有潜力的钠离子电池正极材料。根据含钠量的不同，目前研究的较多的层状过渡金属氧化物主要分为P2型和O3型两种结构，两类材料中钠离子配位的不同使得材料表现不同的电化学性能。目前的研究结果表明P2型材料具有较大的充放电电压范围，因而表现出较高的比容量，而O3型结构的材料则在循环稳定性上表现更佳。
NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2是O3型过渡金属氧化物中容量较高的一种钠离子正极材料，但其循环性能较差，1C倍率下具有119mAh·g-1的比容量，而在200次循环后比容量仅剩下82.8mAh·g-1，容量保持率为69.6％，有待进一步改善。目前的一些研究结果表明，相转变导致的材料结构不稳以及材料与电解液之间的副反应是导致材料循环性能较差的主要原因，为缓解这些问题，人们提出了元素掺杂、表面包覆以及新颖的结构设计作为提高正极材料循环性能的有效方法。其中，元素掺杂的工艺相对于其他两种方法更为简单有效，大大缩减了生产成本和时间。此外，目前很多掺杂方式都是在固相状态下完成的，这种掺杂方式得到的产物是不均匀的。
发明内容
基于以上背景技术，本发明通过溶胶凝胶法来进行元素掺杂来改善O3型NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2材料，对于钠离子电池的发展具有重要意义。具体采取如下技术方案：
本发明一方面提供一种O3型钠离子电池正极材料，所述正极材料的化学组成为Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]1-xTixO2，0<x≤0.2，该材料是一种黑色层片状的过渡金属氧化物，粉末颗粒直径大小约为0.5-1μm。
本发明另一方面提供一种上述O3型钠离子电池正极材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)以水为溶剂配制含钠元素、镍元素、锰元素以及铁元素的混合盐溶液，所述混合盐溶液中金属阳离子浓度为0.1-5mol/L，所述混合盐溶液为溶液A；
将一定量的有机钛盐用无水乙醇稀释成溶液B；
称取一定量的柠檬酸配制成水溶液C；
(2)首先将溶液C倒进溶液B中进行混合并，于20-30℃下搅拌0.5-2h得到溶液D，整个搅拌的过程中，溶液先浑浊后澄清；最后将溶液A与溶液D混合后于20-30℃下搅拌 1-3h得到，得到溶液E，在整个搅拌过程中，溶液先变色后颜色保持不变；
(3)然后将溶液E在水浴70-90℃搅拌6-8h直至溶液蒸干，得到湿凝胶；将湿凝胶放置于干燥箱中干燥一段时间后得到干凝胶，在研钵中将干凝胶研磨成粉状凝胶；
(4)所述粉状凝胶先进行预烧充分除去有机物，最后经过高温煅烧得到O3型钠离子电池正极材料。
基于以上技术方案，优选的，上述制备方法中，所述步骤(1)中钠元素来源为乙酸钠、硝酸钠和柠檬酸钠中的至少一种；所述镍元素来源为乙酸镍、硝酸镍和柠檬酸镍中的至少一种；所述锰元素来源为乙酸锰、硝酸锰、柠檬酸锰中的至少一种；所述铁元素来源为硝酸铁；所诉有机钛为钛酸正丁酯。
基于以上技术方案，优选的，上述制备方法中，所述步骤(1)中钠元素、镍元素、锰元素、铁元素以及钛元素的物质的量之比为1:0.4(1-x):0.4(1-x):0.2(1-x):x。
基于以上技术方案，优选的上述制备方法中，所述步骤(1)中溶液B中有机钛与无水乙醇的体积比为1:5～1:100。
基于以上技术方案，优选的，上述制备方法中，步骤(1)所述溶液C的浓度为2～4mol/L；所述步骤(1)中溶液C中柠檬酸的物质的量与溶液A、B中总的金属元素的物质的量之比为1:1～2:1。
基于以上技术方案，优选的，上述制备方法中，所述步骤(3)中湿凝胶干燥条件为在120-150℃鼓风干燥箱中干燥12-24h。
基于以上技术方案，优选的，上述制备方法中，所述步骤(4)中预烧条件为450-600℃空气条件下保温6-12h。
基于以上技术方案，优选的，上述制备方法中，所述步骤(4)中最终煅烧条件为800-950℃空气条件下保温9-15h。
本发明还提供了一种上述的O3型钠离子电池正极材料的应用，所述O3型钠离子电池正极材料作为钠离子电池的正极材料。
有益效果
(1)本发明通过在溶胶凝胶法制备O3-NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2的基础上掺入有机钛盐中的钛元素，利用有机钛盐在有机溶剂中稀释后的溶液易与柠檬酸水溶液中的柠檬酸发生络合形成溶液的特点得到掺杂后的O3-Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]1-xTixO2黑色粉末。这种方法的主要优势在于克服了Ti4+易与水生成TiO2沉淀导致Ti4+无法正常形成水溶液的缺点，使得钛元素能够均匀地引入到NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2材料中，这比固相法掺杂更能得到成分均一的目标产物。
(2)本发明的O3型钠离子电池正极材料Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]1-xTixO2，与NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2相比，Ti掺杂能有效抑制材料中NiO杂相的产生，起到纯化晶格的作用，有效地提高材料的循环稳定性，从而表现出更加优异的电化学性能。电化学测试结果表明，Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2正极材料在1C倍率下初始容量为116.9mAh·g-1，200 次循环后仍保持98mAh·g-1的比容量，容量保持率达到83.8％，这说明钛掺杂有效地提高了NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2材料的循环稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例1的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2和对比例1的NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2的XRD图。
图2为本发明实施例1的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2和对比例1的NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2在0.5C倍率下的循环性能图。
图3为本发明实施例1的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2和对比例1的NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2的倍率性能图。
图4为本发明实施例2的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.9Ti0.1O2的扫描电镜图。
图5为本发明实施例2的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.9Ti0.1O2在不同倍率下的充放电曲线图。
图6为本发明实施例3的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.85Ti0.15O2的扫描电镜图。
图7为本发明实施例4的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2和对比例1的NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2在1C倍率下的循环性能图。
具体实施方式
以下通过具体实施案例对于本发明的具体实施方式进行说明，但此处描述的具体实施方式仅用于解释和说明本发明，并不用于限制本发明。
本发明的目的在于提供一种掺杂改善钠离子电池正极材料O3-NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2电化学性能的方法，具体包括以下步骤：
(1)以水为溶剂配制含钠元素、镍元素、锰元素以及铁元素的混合盐溶液，此溶液中金属阳离子浓度为0.1-5mol/L，上述溶液为溶液A；将一定量的有机钛盐用无水乙醇稀释成溶液B；称取一定量的柠檬酸配制成水溶液C。
(2)首先将溶液C倒进溶液B中进行混合并，于20-30℃下搅拌0.5-2h得到溶液D，整个搅拌的过程中，溶液先浑浊后澄清；最后将溶液A与溶液D混合后于20-30℃下搅拌 1-3h得到，得到溶液E，在整个搅拌过程中，溶液先变色后颜色保持不变；
(3)然后将溶液E在水浴加热中不断搅拌直至溶液蒸干，得到湿凝胶；将湿凝胶放置于干燥箱中干燥一段时间后得到干凝胶，在研钵中将干凝胶研磨成粉状。
(4)粉状干凝胶先进行预烧充分除去有机物，最后经过高温煅烧得到钛掺杂的目标产物Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]1-xTixO2黑色粉末。
本发明中，所述步骤(1)中钠元素来源为乙酸钠、硝酸钠和柠檬酸钠中的至少一种；所述镍元素来源为乙酸镍、硝酸镍和柠檬酸镍中的至少一种；所述锰元素来源为乙酸锰、硝酸锰、柠檬酸锰中的至少一种；所述铁元素来源为硝酸铁；所诉有机钛为钛酸正丁酯。
本发明中，溶液A、B、C中所有钠元素、镍元素、锰元素、铁元素以及钛元素的物质的量之比为1:0.4(1-x):0.4(1-x):0.2(1-x):x，其中x为不大于0.2的非负数。
本发明中，溶液B中有机钛与无水乙醇的体积比为1:5到1:100。
本发明中，溶液C中柠檬酸的物质的量与溶液A、B中金属元素的物质的量之比为1:1 到2:1。
本发明中，水浴加热温度为70-90℃。
本发明中，湿凝胶干燥条件为在120-150℃鼓风干燥箱中干燥12-24h。
本发明中，预烧条件为450-600℃空气条件下保温6-12h。
本发明中，最终煅烧条件为800-950℃空气条件下保温9-15h。
实施例1
改善钠离子电池正极材料O3-NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2电化学性能的方法具体包括以下步骤：
(1)以水为溶剂配制含钠元素、镍元素、锰元素以及铁元素的混合盐溶液，此溶液中金属阳离子浓度为0.2mol/L，上述溶液为溶液A；
将一定量的有机钛盐用无水乙醇稀释成溶液B；
称取一定量的柠檬酸配制成水溶液C。
(2)首先将溶液C倒进溶液B中进行混合并，于23℃下搅拌0.5h得到溶液D，整个搅拌的过程中，溶液先浑浊后澄清；最后将溶液A与溶液D混合后于23℃下搅拌2.5h得到，得到溶液E，在整个搅拌过程中，溶液先变色后颜色保持不变；
(3)然后将溶液E在水浴加热中不断搅拌7h直至溶液蒸干，得到湿凝胶；将湿凝胶放置于干燥箱中干燥一段时间后得到干凝胶，在研钵中将干凝胶研磨成粉状。
(4)粉状干凝胶先进行预烧充分除去有机物，最后经过高温煅烧得到钛掺杂的目标产物Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2黑色粉末。
本次案例中，所述钠元素来源为乙酸钠；所述镍元素来源为乙酸镍；所述锰元素来源为硝酸锰；所述铁元素来源为硝酸铁；所诉有机钛为钛酸正丁酯。
本次案例中，由2.0505g乙酸钠、2.3640g乙酸镍、2.3846g硝酸锰以及1.9190g硝酸铁与水混合配制成250ml的溶液A。
本次案例中，由0.4254g钛酸正丁酯与4.24ml无水乙醇混合配制成溶液B。
本次案例中，由15.7605g柠檬酸与200ml水混合配制成溶液C。
本次案例中，水浴加热温度为80℃。
本次案例中，湿凝胶干燥条件为在150℃鼓风干燥箱中干燥15h。
本次案例中，预烧条件为500℃空气条件下保温9h。
本次案例中，最终煅烧条件为900℃空气条件下保温12h。
图1为本发明实施例1的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2和对比例1的NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2的XRD图，从图中可以看出，Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2和NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2具有相同的晶体结构，不同的掺Ti之后的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2中基本没有NiO杂相生成，这说明Ti掺杂有纯化晶相的作用。
图2为本发明实施例1的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2和对比例1的NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2在0.5C倍率下的循环性能图，从图中可以看出，Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2的循环容量保持率比NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2要好，这说明0.5C倍率下Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2的循环性能更好。
图3为本发明实施例1的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2和对比例1的NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2的倍率性能图，从图中可以看出，Ti掺杂后的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2在倍率性能上不比NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2，说明Ti掺杂对材料倍率性能影响不大。
实施例2
改善钠离子电池正极材料O3-NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2电化学性能的方法具体包括以下步骤：
(1)以水为溶剂配制含钠元素、镍元素、锰元素以及铁元素的混合盐溶液，此溶液中金属阳离子浓度为4mol/L，上述溶液为溶液A；将一定量的有机钛盐用无水乙醇稀释成溶液B；称取一定量的柠檬酸配制成水溶液C。
(2)首先将溶液C倒进溶液B中进行混合并，于25℃下搅拌0.5h得到溶液D，整个搅拌的过程中，溶液先浑浊后澄清；最后将溶液A与溶液D混合后于25℃下搅拌2.5h得到，得到溶液E，在整个搅拌过程中，溶液先变色后颜色保持不变；
(3)然后将溶液E在水浴加热中不断搅拌6h至溶液蒸干，得到湿凝胶；将湿凝胶放置于干燥箱中干燥一段时间后得到干凝胶，在研钵中将干凝胶研磨成粉状。
(4)粉状干凝胶先进行预烧充分除去有机物，最后经过高温煅烧得到钛掺杂的目标产物Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.9Ti0.1O2黑色粉末。
本次案例中，所述钠元素来源为硝酸钠；所述镍元素来源为柠檬酸镍；所述锰元素来源为乙酸锰；所述铁元素来源为硝酸铁；所诉有机钛为钛酸正丁酯。
本次案例中，由42.4974g硝酸钠、97.9697g柠檬酸镍、44.1162g乙酸锰以及36.3600g 硝酸铁与水混合配制成250ml溶液，取其中25ml作为溶液A。
本次案例中，由1.7018g钛酸正丁酯与170ml无水乙醇混合配制成溶液B。
本次案例中，由39.9266g柠檬酸与200ml水混合配制成溶液C。
本次案例中，水浴加热温度为90℃。
本次案例中，湿凝胶干燥条件为在120℃鼓风干燥箱中干燥20h。
本次案例中，预烧条件为450℃空气条件下保温12h。
本次案例中，最终煅烧条件为950℃空气条件下保温10h。
图4为本发明实施例2的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.9Ti0.1O2的扫描电镜图，从图中可以看出该材料有层片状的小颗粒组成，其颗粒直径大小约为0.5-1μm，材料团聚现象比较严重。
图5为本发明实施例2的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.9Ti0.1O2在不同倍率下的充放电曲线图，从图中可以看出该材料在不同倍率下具有较高的比容量。
实施例3
改善钠离子电池正极材料O3-NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2电化学性能的方法具体包括以下步骤：
(1)以水为溶剂配制含钠元素、镍元素、锰元素以及铁元素的混合盐溶液，此溶液中金属阳离子浓度为1mol/L，上述溶液为溶液A；将一定量的有机钛盐用无水乙醇稀释成溶液B；称取一定量的柠檬酸配制成水溶液C。
(2)首先将溶液C倒进溶液B中进行混合并，于27℃下搅拌0.5h得到溶液D，整个搅拌的过程中，溶液先浑浊后澄清；最后将溶液A与溶液D混合后于27℃下搅拌2.5h得到，得到溶液E，在整个搅拌过程中，溶液先变色后颜色保持不变；
(3)然后将溶液E在水浴加热中不断搅拌8h至溶液蒸干，得到湿凝胶；将湿凝胶放置于干燥箱中干燥一段时间后得到干凝胶，在研钵中将干凝胶研磨成粉状。
(4)粉状干凝胶先进行预烧充分除去有机物，最后经过高温煅烧得到钛掺杂的目标产物Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.85Ti0.15O2黑色粉末。
本次案例中，所述钠元素来源为柠檬酸钠；所述镍元素来源为硝酸镍；所述锰元素来源为乙酸锰；所述铁元素来源为硝酸铁；所诉有机钛为钛酸正丁酯。
本次案例中，由36.7625g柠檬酸钠、12.3586g硝酸镍、10.4163g乙酸锰以及8.5850g 硝酸铁与水混合配制成250ml的溶液A。
本次案例中，由6.3816g钛酸正丁酯与191.26ml无水乙醇混合配制成溶液B。
本次案例中，由68.2955g柠檬酸与200ml水混合配制成溶液C。
本次案例中，水浴加热温度为70℃。
本次案例中，湿凝胶干燥条件为在140℃鼓风干燥箱中干燥22h。
本次案例中，预烧条件为600℃空气条件下保温8h。
本次案例中，最终煅烧条件为800℃空气条件下保温14h。
图6为本发明实施例3的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.85Ti0.15O2的扫描电镜图，从图中可以看出，该材料有层片状的小颗粒组成，其颗粒直径大小约为0.5-1μm。
实施例4
改善钠离子电池正极材料O3-NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2电化学性能的方法具体包括以下步骤：
(1)以水为溶剂配制含钠元素、镍元素、锰元素以及铁元素的混合盐溶液，此溶液中金属阳离子浓度为1.5mol/L，上述溶液为溶液A；将一定量的有机钛盐用无水乙醇稀释成溶液B；称取一定量的柠檬酸配制成水溶液C。
(2)首先将溶液C倒进溶液B中搅拌0.5h至溶液变澄清，此混合溶液记为溶液D；最后将溶液A与溶液D混合后搅拌0.5h至溶液不再变色，继续搅拌2h，得到溶液E。
(3)然后将溶液E在水浴加热中不断搅拌7h至溶液蒸干，得到湿凝胶；将湿凝胶放置于干燥箱中干燥一段时间后得到干凝胶，在研钵中将干凝胶研磨成粉状。
(4)粉状干凝胶先进行预烧充分除去有机物，最后经过高温煅烧得到钛掺杂的目标产物Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2黑色粉末。
本次案例中，所述钠元素来源为硝酸钠；所述镍元素来源为乙酸镍；所述锰元素来源为柠檬酸锰；所述铁元素来源为硝酸铁；所诉有机钛为钛酸正丁酯。
本次案例中，由15.9365g硝酸钠、17.7299g乙酸镍、38.6902g柠檬酸锰以及14.3925g 硝酸铁与水混合配制成250ml的溶液A。
本次案例中，由3.1908g钛酸正丁酯与255.0075ml无水乙醇混合配制成溶液B。
本次案例中，由126.0840g柠檬酸与200ml水混合配制成溶液C。
本次案例中，水浴加热温度为80℃。
本次案例中，湿凝胶干燥条件为在130℃鼓风干燥箱中干燥12h。
本次案例中，预烧条件为550℃空气条件下保温8h。
本次案例中，最终煅烧条件为800℃空气条件下保温15h。
图7为本发明实施例4的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2和对比例1的NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2在1C倍率下的循环性能图，从图中可以看出，1C倍率下NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2的容量比 Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]0.95Ti0.05O2衰减得快，说明Ti掺杂提高了材料的循环稳定性。
对比例1
本对比例用于说明最佳条件下制备未掺杂O3-NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2正极材料的制备方法。
包括以下步骤:
(1)按照化学计量比配制乙酸钠(1.0253g)、乙酸镍(1.2442g)、乙酸锰(1.2255g)以及硝酸铁(1.0100g)的混合溶液250ml，此溶液中金属阳离子浓度为0.1mol/L，上述溶液为溶液A；按柠檬酸与溶液A中金属阳离子之间的物质的量之比为1.5:1称取7.8803g 柠檬酸配制成200ml的溶液B。
(2)将溶液A和溶液B进行混合，充分搅拌0.5h至溶液不再变色后继续搅拌2h。
(3)然后在80℃水浴中搅拌7h至溶液蒸干，得到湿凝胶；将湿凝胶在150℃鼓风干燥箱中干燥9h后得到干凝胶，然后用研钵磨将干凝胶成粉状。
(4)利用马弗炉将干凝胶在空气气氛下进行预烧结，预烧结温度为500℃，预烧结时间为9h；最后利用管式炉将其在空气中充分煅烧，最终煅烧温度为900℃，煅烧时间为12h，最终得到黑色的NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2粉末。

Claims (6)

1.一种O3型钠离子电池正极材料，其特征在于，所述正极材料的组成为Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]1-xTixO2，0<x≤0.2，所述正极材料为片状结构；
所述正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)以水为溶剂配制含钠元素、镍元素、锰元素以及铁元素的混合盐溶液，混合盐溶液中，所有金属阳离子总浓度为0.1-5mol/L，所述混合盐溶液为溶液A；
将有机钛盐用无水乙醇稀释成溶液B；
将柠檬酸配制成水溶液C，水溶液C的浓度为2～4mol/L，所述柠檬酸与溶液A和B中总金属元素的摩尔比为1:1～2:1；
(2)首先将水溶液C与溶液B混合，于20-30℃下搅拌0.5-2h后得到溶液D；然后将溶液A与溶液D混合，于20-30℃下搅拌1-3h，得到溶液E；
(3)将溶液E于70-90℃搅拌6-8h，得到湿凝胶；将所述湿凝胶干燥、研磨得到粉末凝胶；
(4)将所述粉末凝胶在450-600℃进行预焙烧6-12h除去有机物，然后800-950℃空气条件下高温煅烧9-15h，得到所述正极材料。
2.根据权利要求1所述的O3型钠离子电池正极材料，其特征在于：步骤(1)所述钠元素来源为乙酸钠、硝酸钠和柠檬酸钠中的至少一种；所述镍元素来源为乙酸镍、硝酸镍和柠檬酸镍中的至少一种；所述锰元素来源为乙酸锰、硝酸锰、柠檬酸锰中的至少一种；所述铁元素来源为硝酸铁；所述有机钛盐为钛酸正丁酯。
3.根据权利要求1所述的O3型钠离子电池正极材料，其特征在于：步骤(1)所述钠元素、镍元素、锰元素、铁元素以及钛元素的摩尔比为1:0.4(1-x):0.4(1-x):0.2(1-x):x。
4.根据权利要求1所述的O3型钠离子电池正极材料，其特征在于：步骤(1)所述溶液B中有机钛盐与无水乙醇的体积比为1:5～1:100。
5.根据权利要求1所述的O3型钠离子电池正极材料，其特征在于：步骤(3)所述干燥条件为在120-150℃鼓风干燥箱中干燥12-24h。
6.一种权利要求1所述的O3型钠离子电池正极材料的应用，其特征在于，所述O3型钠离子电池正极材料作为钠离子电池的正极材料。
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