[发明专利]一种钠离子电池用Cu-Fe-Mn层状氧化物前驱体及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种钠离子电池用Cu‑Fe‑Mn层状氧化物前驱体及其制备方法和用途，Cu‑Fe‑Mn层状氧化物前驱体的制备方法包括：(1)将铜源、铁源、锰源和可选地金属M源按照预设比例制备成混合液；(2)在保护性气氛中，将混合液、氢氧化钠溶液和氨水同时混合进行反应，得到反应产物；(3)将步骤(2)所得反应产物后处理，得到Cu‑Fe‑Mn层状氧化物前驱体。该制备方法简单，产物形貌可调，可用于制备钠离子电池正极材料，且电化学性能优异。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种Cu-Fe-Mn层状氧化物前驱体及其制备方法和用途，尤其涉及一种钠离子电池用Cu-Fe-Mn层状氧化物前驱体及其制备方法和用途。

背景技术

钠离子电池的关键材料是正极材料，其成本是决定钠离子电池成本的主要因素之一。层状氧化物三/四元材料铜铁锰/镍的钠盐是近年来开发的钠离子电池的新型正极材料，具有成本低，原料来源广泛，比容量适中，循环性能好等优点。良好的综合性能，使得这些铜铁锰/镍的三/四元材料极具有应用潜能。这些正极材料构成的钠离子电池将有可能应用于低端电动车及大规模储能领域。

方永进等人报道了钠离子电池正极材料研究进展(Acta Phys.-Chim.Sin.2017,33(1),211－241)，详细综述了目前钠离子电池研究的正极材料体系，包括过渡金属氧化物、聚阴离子类材料、普鲁士蓝类化合物、有机分子和聚合物、非晶材料等，并结合自己课题组在正极方面的研究工作，探讨了材料的结构和电化学性能的关系，分析了提高正极材料可逆容量、电压、结构稳定性的可能途径。过渡金属氧化物材料可以用Na_xMeO₂表示，其中Me为过渡金属，包括Mn、Fe、Ni、Co、V、Cu、Cr等元素中的一种或几种；x为钠的化学计量数，范围为0<x≤1。根据材料的结构不同，过渡金属氧化物可分为隧道型氧化物和层状氧化物。

三/四元材料铜铁锰/镍钠盐层状氧化物的制备目前主要采用高温焙烧法，前驱体为各种金属的氧化物，存在制备成本高，产品不均一，难以控制形貌等特点。

共沉淀法具有产物均一，易于调控形貌，成本低，能耗少等优点，比如锂离子电池用三元材料镍钴锰，其生产目前主要是采用保护气氛下以氨水为络合剂控制结晶共沉淀法得到镍钴锰的氢氧化物前驱体。然而，锂离子电池用三元材料镍钴锰中并没有涉及到铜和铁，因为氨水存在条件下，Cu易于形成铜氨络合物而导致共沉淀失败；而Fe，如果是Fe³⁺，其沉淀的pH较低，易先于其它金属沉淀，导致共沉淀材料分布不均一，直接影响电化学性能，而如果是Fe²⁺，必须采用惰性气体保护，防止其在共沉淀时被氧化成Fe³⁺，所以目前尚没有报道有关含有铜、铁等金属离子的共沉淀方案。

三/四元材料铜铁锰/镍钠盐层状氧化物前驱体的制备方法亟待改进。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种钠离子电池用Cu-Fe-Mn层状氧化物前驱体及其制备方法和用途，所述Cu-Fe-Mn层状氧化物前驱体制备方法简单，易于操作，能够得到不同形貌的Cu-Fe-Mn层状氧化物前驱体，用其制备的钠离子电池正极材料，电化学性能优异。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种Cu-Fe-Mn层状氧化物前驱体的制备方法，所述Cu-Fe-Mn层状氧化物前驱体的化学通式为Cu_xFe_yM_zMn_1-x-y-z(OH)₂，其中0<x<1，0<y<1，0≤z<1，M选自金属元素，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将铜源、铁源和锰源按照预设比例制备成混合液；或，将铜源、铁源和锰源和金属M源按照预设比例制备成混合液；