[发明专利]含铁锰层状过渡金属氧化物前驱体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及含铁锰层状过渡金属氧化物前驱体材料及其制备方法，该材料可用来制备钠离子电池正极活性材料。其通式为M_1‑x‑yFe_xMn_y(OH)₂，其中0≦x＜1，0≦y＜1，M是金属元素掺杂，为Ni²⁺，Ca²⁺，Mg²⁺，Zn²⁺，Co²⁺，Co³⁺，Ag⁺，Cr²⁺，Cr³⁺，Pb²⁺，Pb⁴⁺，Ba²⁺,W²⁺，Al³⁺，Ti²⁺，Ti⁴⁺，Cu²⁺，V⁴⁺，Zr⁴⁺，Nb⁵⁺，Mo⁵⁺，Ru⁴⁺中的一种或者多种，其具有独特的纳米球形结构，球形分布均一，球形粒径为1‑10μm。本发明的有益效果是：该方法可行性强，易于放大化，实现多种或不同种类层状过渡金属氧化物的工业化，利于市场化推广。

技术领域

本发明属于纳米材料与电化学技术领域，具体涉及含铁锰层状过渡金属氧化物前驱体材料及其制备方法，该材料可用来制备钠离子电池正极活性材料。

背景技术

钠离子电池因其具有钠自然资源丰富、循环寿命长、适用温度范围宽、无记忆效应、无环境污染等特点而受到研究者广泛关注，作为锂离子电池的理想替代储能发展得十分迅速。近年来，钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料广受人们的关注，合成该类正极材料主要方法有固相法，溶胶凝胶法，喷雾干燥法以及共沉淀法，钠离子电池用的铁锰基层状过渡金属氧化物由于其成本低，比容量适中等优点，使得该类材料作为正极材料的电池中可以实现大规模储能，非常具有潜能取代目前的锂离子电池。

其中合成钠离子电池用的铁锰基层状过渡金属氧化物材料通常使用固相法，该方法是通过在高温下煅烧各类金属氧化物合成层状过渡金属氧化物，具有成本高，产物的形貌不一等缺点。

而共沉淀方法可以避免固相法的一些缺点去合成层状过渡金属氧化物材料。通过共沉淀方法所合成出的材料具有产物形貌均一，成本低等特点，而且能够实现工业化量产，例如在锂电工业中，研究者们使用共沉淀法去大量合成三元材料镍钴锰，通过金属盐与络合剂的络合作用，之后在沉淀剂的作用下使镍钴锰三种元素共同沉淀形成前驱体，最后将得到的前驱体与钠盐煅烧后得到层状氧化物材料。而通过共沉淀法合成钠离子电池用的铁锰基层状过渡金属氧化物材料的前驱体是和锂离子电池中的前驱体是完全相似的。在目前的工业方法中，较为常用的络合剂采用的是氨水，金属离子与氨水络合后形成的络合物在一定的pH作用下可以实现共同沉淀，形成均一的前驱体，但在此过程中氨水不能够络合所有的金属离子。要以共沉淀的方法去合成其他元素组合的前驱体愈发困难，工业上其他钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的合成将具有一定的局限性。因此，开发新型的络合剂以适用于多种金属离子在沉淀剂作用下的共沉是完全有必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对目前工业上共沉淀方法中的络合剂的局限问题，开发新的络合剂从而实现不同种类乃至多种金属离子的络合，并在一定的pH下实现共同沉淀得到含铁锰层状过渡金属氧化物前驱体材料，最后通过煅烧获得均一的层状氧化物材料。