[发明专利]一种钙锰碳酸盐复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了属于化工材料技术领域的一种钙锰碳酸盐复合材料及其制备方法和应用。该钙锰碳酸盐复合材料Ca_xMn_yCO₃中x:y＝1:(0.4～10)，材料为类球形颗粒，粒径0.4～4μm；通过在膜分散微混合器中混合含有Mn²⁺、Ca²⁺的溶液与碳酸盐溶液，使其发生液相共沉淀反应，然后加入乙醇调控颗粒尺寸和形貌，经离心分离、干燥后即得到钙锰碳酸盐复合材料；以本发明制备的钙锰碳酸盐复合材料为负极活性物质组装的锂离子电池具有优异的循环稳定性，制备方法简单可控，对推动碳酸锰材料在锂离子电池方面的应用具有重要意义。

技术领域

本发明属于化工材料技术领域，特别涉及一种钙锰碳酸盐复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着能源时代的到来，对新兴能源的需求愈发迫切，锂离子电池材料与技术的发展日新月异。传统的石墨负极材料，已经不能满足高能量密度和高体积密度锂离子电池的需求，因此亟需开发一种高比容量、高稳定性的负极材料。

碳酸锰作为一种重要的锰源，在催化、电子器件、药物递送等领域都有广泛的应用。碳酸锰由于其独特的充放电原理带来的高比容量(理论比容量467mAhg^-1)在锂离子电池领域也越来越受到关注，但是碳酸锰作为一种转化型锂离子电池负极材料，在充放电过程中存在体积变化大等劣势导致容量衰退严重的问题，这成为阻碍碳酸锰材料进一步发展与应用的主要障碍之一。因此，通过对碳酸锰的结构、形貌、组成进行设计，开发一种高稳定性的新材料对于推动碳酸锰材料在锂离子电池方面的应用具有重要意义。

目前文献中，关于碳酸锰的制备，其过程复杂繁琐且大多涉及表面活性剂，生成成本高，同时也会带来环境污染的问题，不利于大规模工业制备。因此，研究与开发一种简单高效、用于合成高稳定性碳酸锰材料的方法，对推动碳酸锰材料的应用同样具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钙锰碳酸盐复合材料及其制备方法和应用，具体技术方案如下：

一种钙锰碳酸盐复合材料化学式可以表示为Ca_xMn_yCO₃，其中x:y＝1:(0.4～10)，材料为粒径0.4～4μm的类球形颗粒。

所述钙锰碳酸盐复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将二价锰盐、钙盐溶于去离子水，混合均匀得到溶液A，将碳酸盐溶于去离子水，得到溶液B；

(2)将溶液A和溶液B在微混合器Ⅰ中流动混合，发生液相共沉淀反应后得到混合溶液C；

(3)将混合溶液C与乙醇在微混合器Ⅱ中流动混合，得到浆料D；

(4)浆料D经离心分离、干燥后得到钙锰碳酸盐复合材料。

所述步骤(1)中二价锰盐为硫酸锰、氯化锰、硝酸锰中的一种或多种，钙盐为硝酸钙和/或氯化钙，二价锰盐与钙盐混合摩尔比为1：(0.25～4)。

所述步骤(1)溶液A中Mn²⁺浓度大于0且≤1.0mol/L。

所述步骤(1)中碳酸盐为碳酸钠和/或碳酸钾。

所述步骤(2)中微混合器Ⅰ为膜分散微混合器，溶液A和溶液B在微混合器Ⅰ中停留时间为1～120s，微混合器Ⅰ中Ca²⁺与Mn²⁺摩尔量之和为M₁，CO₃^2-的摩尔量为M₂，其中M₁：M₂为1：(1～1.05)。